Краситель, позволяющий полностью визуализировать опухоль в течение 60 минут, синтезировали химики

Российские химики при участии коллег из Бразилии предложили новый флуоресцентный маркер для медицинского применения. За 10 минут краситель проникает в «больную» клетку и прокрашивает митохондрии, через час входит в ядро и визуализирует опухоль. Новый краситель не фототоксичен — то есть не оказывает влияния на здоровые клетки. Также, в отличие от применяемого в настоящее время для визуализации кардиогрина (ICG), он не требует дорогостоящей инфракрасной системы возбуждения и регистрации флуоресцентного сигнала. Это позволяет врачам обходиться обычной матрицей цифровой камеры и красными светодиодными источниками света.

Над проектом работали ученые Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля (ИБХФ) РАН и Университета Сан-Паулу (Бразилия) вместе с коллегами из Московского государственного университета (МГУ), Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) РАН, Национального медицинского исследовательского центра онкологии имени Н. Н. Блохина и НИЯУ МИФИ.

Оптическая медицинская визуализация позволяет определять положение опухолевых клеток и их метастаз в операционном поле. Она основана на применении светочувствительных веществ (фотосенсибилизаторов) и света определенной длины волны. В организм больного вводится краситель, который попадает в клетку и за счет своих флуоресцентных свойств «подсвечивает» ее в изображении на компьютере врача. Нужные клетки краситель находит за счет особенностей опухоли: у раковых клеток более высокий уровень обмена веществ, из-за чего они активно потребляют питательные вещества, в том числе альбумин. Связанный в нековалентный комплекс с альбумином краситель попадает в раковую клетку именно благодаря высокому потреблению.

Бискарбоцианиновые красители, которые и стали предметом изучения ученых, обладают рядом достоинств: активируются в дальней инфракрасной области спектра, малотоксичны и проникают во все составляющие клетки.

Соединения этого семейства содержат в себе две хромофорные системы, подобно двум сопряженным молекулам красителя. За счет этого краситель имеет необычный спектр поглощения с двумя пиками — в видимой области и в ближнем ИК диапазоне.

«Бискарбоцианиновые красители представляют собой структуры, в составе которых — два концевых гетероциклических фрагмента и один или несколько гетероциклических фрагментов между ними, последовательно соединенные полиметиновой цепью. Полиметиновая цепь — необходимое условие для образования хромофорной системы. Отличие нашего предложенного красителя заключается в том, что введенный 4-метилпиридиновый фрагмент включен в полиметиновую цепь создает две связанные хромофорные системы, образуя интенсивную полосу поглощения в красной области. Это не приводит к существенному росту квантового выхода интеркомбинационной конверсии и подходит по параметрам под существующие лазерные источники красного света и видеокамеры, обеспечивающие получение информации о наличии раковых клеток в режиме реального времени», — рассказывает кандидат химических наук, первый автор статьи, старший научный сотрудник ИБХФ РАН Алексей Костюков.

При связывании синтезированного красителя с основным белком крови — альбумином — наблюдается десятикратное увеличение яркости свечения, вещество накапливается в раковых клетках и интенсивно флуоресцирует. В опухоль краситель проникает за 10 минут, в ядро — за час. Скорость аналогичных красителей зависит от заместителей в структуре соединения, обычно это занимает от 15 минут до нескольких часов.

Исследование поддержано Минобрнауки России. Результаты работы опубликованы в международном высокорейтинговом издании.

Слева — общий вид структуры альбумина и положение сайта связывания полиметинового красителя. В середине — подробная структура сайта связывания полиметинового красителя. Молекула лиганда представлена серой шаростержневой моделью. Аминокислотные остатки, расположенные в пределах 4 Å от него, показаны бежевыми палочками. Справа — вид кармана для связывания красителя в структуре альбумина.

Вопросы, ответы, комментарии