Сердечно-сосудистые заболевания — это одна из основных причин смертности в мире. Эффективная диагностика этих болезней открывает путь к оптимальному лечению на ранних стадиях и дает надежду на хорошие показатели выживаемости пациентов. Несмотря на огромный прогресс, достигнутый в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний, сегодня есть острая необходимость в еще более раннем их выявлении. А для этого нужны новые диагностические инструменты. Их разработка – одна из приоритетных научных задач в области медицины.
Почему ЭКГ И КТ недостаточно?
Сегодня диагностика сердечно-сосудистых заболеваний базируется главным образом на клинических симптомах, электрокардиографии, рентгенографии, компьютерной томографий, магнитно-резонансной томографии, и (значительно реже) на молекулярной визуализации или биомаркерах, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Несмотря на большие достоинства этих методов, диагностика на ранней стадии все еще остается затруднительной из-за сложной патофизиологии, расплывчатых симптомов и низкого уровня экспрессии биомаркеров сердца. Это значит, что их крайне трудно уловить, и еще труднее интерпретировать. Поэтому в мире существует огромный запрос на новые, более совершенные инструменты диагностики, и ученые повсеместно разрабатывают новые решения. Что же удалось придумать науке?
В поиске биомаркеров
Обнаружение малейших реакций организма – биомаркеров - является одним из самых перспективных и в то же время наиболее сложных направлений в диагностике. Несколько сердечных биомаркеров, таких как креатинкиназа, сердечный тропонин и аспартаттрансаминаза крайне важны для выявления различных коронарных состояний. Клинически креатинкиназа человека является одним из наиболее важных биомаркеров и рассматривается как индикатор нескольких коронарных расстройств, таких как острый инфаркт миокарда, миокардит, кардиомиопатия, острый коронарный синдром, врожденный порок сердца, мерцательная аритмия и гипертоническая болезнь.
Проектирование и разработка биосенсоров на основе наноматериалов для обнаружения биомаркеров – это то, над чем трудились в течение последних десяти лет ученые Запада и Востока. Они конструировали нано-устройства, которые можно легко и безболезненно поместить в кровоток организма при помощи таблетки или инъекции, и они будут распознавать на своем пути мельчайшие, не поддающиеся другим анализам, клетки-предвестники надвигающегося инфаркта, например, или находить атеросклеротические бляшки и проверять их структуру и так далее. Это, метафорически, своеобразные исследовательские «корабли», которые обучены находить первые признаки проблем в организме, которые другие анализы пропускают.
Как это объясняют с научной точки зрения авторы международного обобщающего исследования, наноматериалы с хорошей биодоступностью и универсальностью повысили точность и специфичность клинической диагностики. Наночастицы пригодны для иммунографических исследований, поскольку они могут эффективно циркулировать в человеческом организме и находить и выделять искомые биомаркеры, как бы малочисленны они не были. Наночастицы, в зависимости от биосенсора, могут по-разному обозначать важные маркеры при помощи фотоакустических, флуоресцентных, радиоактивных, парамагнитных, светорассеивающиих и т.д. частиц.
Примеры разработок
Так, флуоресцентно-помеченные квантовые точки, разработанные Центром исследований молекулярной визуализации (Чарлстаун, Массачусетс, США) крайне эффективны для визуализации атеросклеротических бляшек.
Суперпарамагнитные наночастицы, такие как наночастицы оксида железа и магнетит, могут улучшить чувствительность МРТ, обеспечивая темный контраст для усиления сигнала. Группа исследователей медицинского факультета Стэнфордского университета (США) показала, как, применяя эти наночастицы, можно по МРТ обнаружить тромб и изучить состав атеросклерозных бляшек, включая некротическое ядро и содержание макрофагов.
В Институте биологической и медицинской визуализации (Нойхерберг, Германия) установили, что наночастицы на основе золота показали хорошие оптические свойства и являются эффективными усилителями сигнала для фотоакустической томографии. В этом же направлении работают и представители Медицинского факультета Вашингтонского университета (США). Ученым удалось успешно обнаружить тромб с использованием золотых нанобиконов, которые усиливают сигнал когерентной томографии.
Эти разработки крайне важны, так как внезапное разрушение фиброзной капсулы атеросклеротических бляшек «высокого риска» может вызвать образование окклюзионного тромба в коронарных артериях, вызывая острые коронарные синдромы. Атеросклеротические бляшки высокого риска характеризуются их специфическим клеточным и биологическим содержанием, в частности, высокой плотностью макрофагов, и их раннее выявление важно для предотвращения ишемических событий. Одним из основных препятствий в обнаружении атеросклеротических бляшек высокого риска в коронарных артериях является отсутствие метода визуализации, который позволяет идентифицировать состав атеросклеротических бляшек.
Применение наночастиц помогло обнаружить макрофаги в атеросклеротических бляшках с помощью сканера для клинической рентгеновской компьютерной томографии после внутривенного введения контрастного вещества из наночастиц. Этот может стать важным дополнением к клинической оценке коронарных артерий в ходе компьютерной томографии.
Будущее, которое происходит сейчас
Перечисленные исследования – это только верхушка айсберга тех сложных разработок, которые уже существуют и активно тестируются в лабораториях по всему миру. Нанотехнологии вносят большой вклад в развитие методов диагностики благодаря своим специфическим физико-химическим свойствам, и в первую очередь превосходной биосовместимости с различными молекулами организма. Будущее медицины разворачивается на наших глазах, и довольно скоро будет возможным, подобно тому, как мы сдаем общий анализ крови, сделать общий анализ сердечно сосудистой системы, и выявить возможные риски и предотвратить их.
Важной проблемой остается специфичность биомаркеров. Исследования показывают, что одного маркера может быть недостаточно для точной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, биомаркеры могут регулироваться по-разному во время развития разных патологий. Это следующий этап, на котором концентрируются исследователи: мультиплексный анализ целых групп биомаркеров. То есть, необходимо выявить и создать максимально расширенные списки тех микро-сигналов, которые начинает посылать организм с появлением заболевания. А затем создать более сложные, многофункциональные «нано-корабли», которые, отправляясь в путь по нашим сосудам, будут распознавать и расшифровывать все эти «сообщения» от организма, в котором началась сердечная патология.
Текст: Юлия ДОЛЖЕНКОВА.
