Контрастные вещества для диагностики опухолей: фосфоресцентные металлоорганические координационные полимеры для оптической визуализации

(onlinelibrary.wiley.com)

Рентгеновские лучи не являются единственным средством медицинской визуализации тканей человеческого организма: для этой цели могут быть использованы видимый и особенно инфракрасный свет. Эффективность процессов оптической визуализации может быть значительно повышена соответствующими красителями, используемыми в качестве контрастных веществ.

В журнале Angewandte Chemie группа ученых во главе с Вэньбин Лином (Wenbin Lin) из Университета Северной Каролины (University of North Carolina) представила новое контрастное вещество, способное отличить in vitro раковые клетки от нормальных. В качестве красителя использован фосфоресцентный комплекс рутения, включенный в наночастицы из металлоорганического координационного полимера, что позволило добиться чрезвычайно высокого уровня загрузки красителя.

Флуоресцентные красители накапливаются в разных типах тканей в неодинаковых количествах. Для различения здоровой и опухолевой ткани такие контрастные вещества делают возможным использование оптической визуализации. Однако этот метод ограничен тем, что для получения достаточно мощной флуоресценции необходимы очень высокие концентрации красителя. Молекулы органических красителей, упакованные в наночастицы в высокой концентрации, как правило, гасят флуоресценцию друг друга. Более сильно флуоресцирующие вещества, такие как квантовые точки, часто не являются биосовместимыми.

Американские ученые разработали альтернативу флуоресцентным красителям: связанные металлокомплексы, образующие решетчатые координационные полимеры. Координационные полимеры – металлоорганические структуры, состоящие из ионов металла, функционирующих в качестве связующих точек, соединенных мостиками из органических молекул или координационных комплексов. Ученые создали такие полимеры с мостиками, состоящими из светоизлучающих комплексов металла рутения. Ионы циркония оказались подходящими связующими точками. Эти мельчайшие структуры образуют сферические наночастицы.

Профессор Вэньбин Лин (Wenbin Lin). (Фото: college.unc.edu)

Рутениевые комплексы не флуоресцируют, а фосфоресцируют, что означает, что они излучают свет пропорционально времени их облучения. Так как они не находятся внутри транспортного наноконтейнера, а являются компонентом наночастицы, становится возможным достичь очень высокого уровня загрузки контраста – в данном случае свыше 50 процентов. Гашения фосфоресценции при высоких концентрациях в таких комплексах не происходит.

Чтобы предотвратить быстрое растворение светящихся частиц и повысить их биосовместимость, наночастицы покрыты тонкими слоями диоксида кремния и слоем полиэтиленгликоля. Последний выступает в качестве анкера для анизамида, молекулы, специфически взаимодействующей с рецепторами, которые гораздо более распространены на поверхности многих типов раковых, чем на поверхности здоровых клеток.

Ученым удалось селективно пометить фосфоресцирующими наночастицами клетки раковой линии в культуре. Они надеются, что смогут разработать основанные на таких металлоорганических наноматериалах контрастные вещества для использования в оптической визуализации опухолей.

По материалам

Contrast agent for tumor diagnostics: Phosphorescent metal-organic coordination polymers for optical imaging

Аннотация к статье Phosphorescent Nanoscale Coordination Polymers as Contrast Agents for Optical Imaging