Разработка магнитоконтрастного агента на основе наночастиц оксида гадолиния
Аннотация
Магнитно-резонансная томография ¬– один из самых популярных и наиболее точных способов исследования внутренних органов и тканей. В настоящее время около 70-80% всех МРТ-исследований проводятся с введением пациенту контрастных агентов. Для контрастирования широко применяются соединения на основе гадолиния с использованием органических хелатов (например, зарегистрированные в РФ препараты омнискан, гадовист, магневист). Это обусловлено тем, что ион гадолиния Gd(III) имеет семь неспаренных f-электронов и симметричное S-состояние, что определяет, с одной стороны, большой магнитный момент, а с другой – медленную релаксацию ядерной намагниченности, что необходимо для эффективного парамагнитного контрастного агента. Однако в силу известной токсичности ионов гадолиния Gd(III) активно ведется поиск новых биосовместимых контрастных агентов, в том числе на основе наночастиц оксидов металлов. К таким агентам относятся наночастицы оксида гадолиния Gd2O3 ультрамалых размеров (менее 10 нм). Экспериментальные исследования показали, что данные наночастицы проявляют высокую релаксивность. Поэтому представляется актуальным исследование физико-химических свойств наночастиц на основе гадолиния, которые являются перспективными материалами для создания контарстных агентов для МРТ.
Цель и задачи исследований
Целью работы является исследование физических свойств наночастиц оксида гадолиния Gd2O3, полученных методом импульсного электронного испарения, с точки зрения возможности их применения в качестве контрастного агента в МРТ.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Приготовление суспензий наночастиц оксида гадолиния и исследование их стабильности.
2. Исследование релаксивности суспензий оксида гадолиния (оценка времен релаксации Т1 и Т2).
3. Разработка программы по исследованию токсичности суспензий наночастиц оксида гадолиния.
4. Исследование токсичности нанопорошка оксида гадолиния на винных дрожжах.
Выводы:
1. Были получены стабильные суспензии с нанопорошком оксида гадолиния. В качестве стабилизатора использовался цитрат натрия (концентрация 1:2).
2. Суспензии с меньшей концентраций (1:2) стабилизаторов более стабильны, нежели с большей концентрацией (1:1). Это объясняется эффектом коагуляции. В данном случае при концентрации стабилизатора 1:1 порог коагуляции был превышен, что привело к оседанию наночастиц в суспензии.
3. Получены зависимости обратных времен релаксации Т1 и Т2 от концентраций суспензий наночастиц оксида гадолиния. Отношение времени релаксации Т2 к времени релаксации Т1 равно примерно 1, что характерно для дуальных контрастных веществ в МРТ.
4. Значения релаксивностей r1 и r2 у чистого оксида гадолиния соразмерны с теоретическими данными. Те же значения у оксида гадолиния с оболочкой из оксида кремния меньше на порядок, из-за относительно невысокой (10%) концентрации оксида гадолиния в суспензии.
5. Были составлены планы по изучению токсичности нанопорошков оксида гадолиния in vivo и in vitro. План по изучению токсичности нанопорошков оксида гадолиния in vitro включает в себя исследование токсичности на дрожжеподобных грибах и на мышиных фибробластах. План по изучению токсичности нанопорошков оксида гадолиния in vivo включает в себя исследование острой токсичности наноматериалов, их токсичности в долгосрочных опытах.
6. Было проведено исследование токсичности нанопорошка оксида гадолиния на винных дрожжах. Выживаемость клеток составила более 80 процентов. В данном случае ни время, ни концентрация контрастных агентов не вносят больших вкладов в жизнеспособность клеток, что является хорошим показателем для контрастных агентов.
Практическая значимость
Результаты работы могут послужить рекомендациями для производства и клинической апробации контрастных агентов на основе наночастиц оксида гадолиния для магнитно-резонансной томографии.
Апробация работы
Основные положения, результаты и выводы, сформулированные в работе, докладывались локальных и международных конференциях:
• The First International Conference of MA students 2015 «Biomedical Systems and Technologies», Physics and Technology Institute в рамках курса «Биотехнические системы в иноязычной сфере».
• Третья Международная молодежная научная конференция. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2016
По теме работы опубликовано 2 печатные работы:
• Сборник тезисов конференции The First International Conference of MA students 2015 «Biomedical Systems and Technologies», Physics and Technology Institute в рамках курса «Биотехнические системы в иноязычной сфере».
• Сборник тезисов Третьей Международной молодежной научной конференции. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2016
Ключевые слова: МРТ, КОНТРАСТНЫЕ АГЕНТЫ, ОКСИД ГАДОЛИНИЯ, НАНОЧАСТИЦЫ, СУСПЕНЗИИ, РЕЛАКСИВНОСТЬ, ТОКСИЧНОСТЬ, СТАБИЛЬНОСТЬ.
Цель и задачи исследований
Целью работы является исследование физических свойств наночастиц оксида гадолиния Gd2O3, полученных методом импульсного электронного испарения, с точки зрения возможности их применения в качестве контрастного агента в МРТ.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Приготовление суспензий наночастиц оксида гадолиния и исследование их стабильности.
2. Исследование релаксивности суспензий оксида гадолиния (оценка времен релаксации Т1 и Т2).
3. Разработка программы по исследованию токсичности суспензий наночастиц оксида гадолиния.
4. Исследование токсичности нанопорошка оксида гадолиния на винных дрожжах.
Выводы:
1. Были получены стабильные суспензии с нанопорошком оксида гадолиния. В качестве стабилизатора использовался цитрат натрия (концентрация 1:2).
2. Суспензии с меньшей концентраций (1:2) стабилизаторов более стабильны, нежели с большей концентрацией (1:1). Это объясняется эффектом коагуляции. В данном случае при концентрации стабилизатора 1:1 порог коагуляции был превышен, что привело к оседанию наночастиц в суспензии.
3. Получены зависимости обратных времен релаксации Т1 и Т2 от концентраций суспензий наночастиц оксида гадолиния. Отношение времени релаксации Т2 к времени релаксации Т1 равно примерно 1, что характерно для дуальных контрастных веществ в МРТ.
4. Значения релаксивностей r1 и r2 у чистого оксида гадолиния соразмерны с теоретическими данными. Те же значения у оксида гадолиния с оболочкой из оксида кремния меньше на порядок, из-за относительно невысокой (10%) концентрации оксида гадолиния в суспензии.
5. Были составлены планы по изучению токсичности нанопорошков оксида гадолиния in vivo и in vitro. План по изучению токсичности нанопорошков оксида гадолиния in vitro включает в себя исследование токсичности на дрожжеподобных грибах и на мышиных фибробластах. План по изучению токсичности нанопорошков оксида гадолиния in vivo включает в себя исследование острой токсичности наноматериалов, их токсичности в долгосрочных опытах.
6. Было проведено исследование токсичности нанопорошка оксида гадолиния на винных дрожжах. Выживаемость клеток составила более 80 процентов. В данном случае ни время, ни концентрация контрастных агентов не вносят больших вкладов в жизнеспособность клеток, что является хорошим показателем для контрастных агентов.
Практическая значимость
Результаты работы могут послужить рекомендациями для производства и клинической апробации контрастных агентов на основе наночастиц оксида гадолиния для магнитно-резонансной томографии.
Апробация работы
Основные положения, результаты и выводы, сформулированные в работе, докладывались локальных и международных конференциях:
• The First International Conference of MA students 2015 «Biomedical Systems and Technologies», Physics and Technology Institute в рамках курса «Биотехнические системы в иноязычной сфере».
• Третья Международная молодежная научная конференция. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2016
По теме работы опубликовано 2 печатные работы:
• Сборник тезисов конференции The First International Conference of MA students 2015 «Biomedical Systems and Technologies», Physics and Technology Institute в рамках курса «Биотехнические системы в иноязычной сфере».
• Сборник тезисов Третьей Международной молодежной научной конференции. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2016
Ключевые слова: МРТ, КОНТРАСТНЫЕ АГЕНТЫ, ОКСИД ГАДОЛИНИЯ, НАНОЧАСТИЦЫ, СУСПЕНЗИИ, РЕЛАКСИВНОСТЬ, ТОКСИЧНОСТЬ, СТАБИЛЬНОСТЬ.