Изучение эффективности контрастирования различных видов опухолей с использованием кубических наночастиц магнетита

На сегодняшний день магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из ключевых методов диагностики различных заболеваний. Использование различных контрастных агентов на основе магнитных наночастиц способно повысить эффективность диагностики и, как следствие, качество проводимого впоследствии лечения. Наиболее перспективными контрастными агентами являются наночастицы магнетита кубической формы в связи с их высокими показателями релаксивности, а также биосовместимостью и биоразлагаемостью.

Цель настоящей работы – оценить эффективность МРТ-визуализации опухолевых очагов при помощи кубических наночастиц магнетита (КНЧМ).

Материалы и методы. Осуществлен синтез 15 нм КНЧМ, модифицированных биосовместимым сополимером плюроником F127. Полученные КНЧМ и их водные коллоиды были охарактеризованы комплексом физико-химических методов анализа. Затем методом МРТ было проведено исследование эффективности контрастирования различных видов опухолей после внутривенного введения водных коллоидов КНЧМ. Для комплексной оценки полученных результатов в работе использовали три модели опухолей мыши: рак молочной железы 4Т1, рак толстого кишечника СТ-26 и меланома В16. МРТ-исследования проводили до введения частиц, а также через 30 мин, 6 и 24 ч после инъекции в Т2-взвешенном режиме в двух взаимноортогональных проекциях.

Результаты. Анализ полученных результатов показал, что наиболее эффективное накопление частиц выявлено в моделях 4Т1 (100%) и В16 (57%), а в модели СТ-26 эффективность накопления составила 50%, что связано с эффектом проницаемости кровеносных сосудов.

1. Lee N. et al. Iron Oxide Based Nanoparticles for Multimodal Imaging and Magnetoresponsive Therapy. Chemical Reviews. 2015; 115 (19): 10637–10689. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00112.

2. Yigit M.V., Moore A., Medarova Z. Magnetic nanoparticles for cancer diagnosis and therapy. Pharmaceutical Research. 2012; 29 (5): 1180–1188. DOI:10.1007/s11095012-0679-7.

3. Josephson L. et al. The effects of iron oxides on proton relaxivity. Magn. Reson. Imaging. 1988; 6 (6): 647–653.

4. Ramalho J. et al. Gadolinium-based contrast agent accumulation and toxicity: An update. American Journal of Neuroradiology. 2016; 37 (7): 1192–1198. DOI:10.3174/ ajnr.A4615.

5. Kievit F.M., Zhang M. Surface engineering of iron oxide nanoparticles for targeted cancer therapy. Acc. Chem. Res. 2011; 44 (10): 853–862. DOI:10.1021/ar2000277.

6. Jun Y.W. et al. Nanoscale Size Effect of Magnetic Nanocrystals and Their Utilization for Cancer Diagnosis via Magnetic Resonance Imaging. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (16): 5732–5733. DOI: 10.1021/ja0422155.

7. Brooks R.A., Moiny F., Gillis P. On T2-shortening by strongly magnetized spheres: A partial refocusing model. Magn. Reson. Med. 2002; 47 (2): 257–263.

8. Zhen G. et al. Comparative Study of the Magnetic Behavior of Spherical and Cubic Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Phys. Chem. C. 2011; 115 (2): 327–334. DOI: 10.1021/jp104953z.

9. Lee N. et al. Water-dispersible ferrimagnetic iron oxide nanocubes with extremely high r 2 relaxivity for highly sensitive in vivo MRI of tumors. Nano Lett. 2012; 12 (6): 3127–3131. DOI:10.1021/nl3010308.

10. Batrakova E.V., Kabanov A.V. Pluronic block copolymers: Evolution of drug delivery concept from inert nanocarriers to biological response modifiers. Journal of Controlled Release. 2008; 130 (2): 98–106. DOI: 10.1016/j.jconrel.2008.04.013.

11. Nakamura Y. et al. Nanodrug Delivery: Is the Enhanced Permeability and Retention Effect Sufficient for Curing Cancer? Bioconjugate Chemistry. 2016; 27 (10): 2225–2238. DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00437.

12. Bertrand N. et al. Cancer nanotechnology: The impact of passive and active targeting in the era of modern cancer biology. Advanced Drug Delivery Reviews. 2014; 66: 2–25. DOI: 10.1016/j.addr.2013.11.009.

13. Riemer J. et al. Colorimetric ferrozine-based assay for the quantitation of iron in cultured cells. Anal. Biochem. 2004; 331 (2): 370–375. DOI: 10.1016/j.ab.2004.03.049.

14. Nikitin A. et al. Synthesis, characterization and MRI application of magnetite water-soluble cubic nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater. 2017; 441: 6–13. DOI:10.1016/j. jmmm.2017.05.039.