CC BY
27
© ЧУБАРОВ А. С., АКУЛОВ А. Е., ШЕВЕЛЕВ О. Б., ЗАВЬЯЛОВ Е. Л., ГОДОВИКОВА Т. С УДК 616-006, 616-073, 537.635
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЗОНДЫ НА ОСНОВЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СЫВОРОТОЧНОГО АЛЬБУМИНА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ОПУХОЛЕЙ МЕТОДАМИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ И ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ
А. С. Чубаров1,2, А. Е. Акулов3, О. Б. Шевелев3, Е. Л. Завьялов3, Т. С. Годовикова1,2 1Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Новосибирск; 2ФГБОУ ВО Новосибирский государственный университет; 3Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск.
P%'>м%. На основе человеческого сывороточного альбумина получен бимодальный зонд, снабженный флуоресцентной и 19¥ЯМРметками, оптимальными для мультимодальной молекулярной визуализации злокачественной опухоли. С его использованием осуществлена прижизненная молекулярная визуализация экспериментальной глиобластомы и87, ортотопически ксенотрансплантированной мышам иммунодефицитной линии БСЮ.
jлю7%"ыe 1+о"а: человеческий сывороточный альбумин, экспериментальная глиома, бимодальный зонд, магнитно-резонансная томография на ядрах 19Р, флуоресцентная томография.
MOLECULAR PROBES BASED ON THE HUMAN SERUM ALBUMIN FOR TUMOR VISUALIZATION BY METHODS OF MAGNETIC RESONANCE AND FLUORESCENCE TOMOGRAPHY
A. S. Chubarov, A. E. Akulov, O. B. Shevelyov, E. L. Zavyalov, T. S. Godovikova
Abstract. On the basis of human serum albumin was obtained a bimodal probe, equipped with fluorescence and 19F NMR tags, optimized for multi-modal molecular visualization of malignant tumor. With its use was carried the lifetime molecular visualization of experimental glioblastoma U87, orthotopically xenotransplant-ed to the mice of immunodeficient line SCID.
Key words: Human serum albumin, an experimental glioma, bimodal probe, magnetic resonance tomography on 19Fnuclei, fluorescence tomography.
Злокачественные новообразования являются одной из основных причин смерти и инвалидизации населения развитых, а в последние годы и развивающихся стран. Лидирующее место в структуре ней-роонкологических заболеваний занимают глиобластомы - нейроэктодермальные опухоли головного мозга человека, заболеваемость которыми с каждым годом продолжает расти. В современной медицине стандартом лечения злокачественных
новообразований является комплексный мультидис-циплинарный подход, включающий хирургическое удаление опухоли с последующим применением адъювантных методов лучевого и химиотерапевтиче-ского воздействия. Хирургия мозга, использующая метод флуоресцентной томографии, является новым признанным методом лечении пациентов с глиомой [1, 2]gross total resection, and prognosis. The summary receiver operating characteristic curves (SROC. Она
Молекулярные зонды на основе человеческого сывороточного альбумина для визуализации опухолей методами магнитно-резонансной.
107
предоставляет возможность лучше определять границы опухоли, что позволяет достигнуть максимального терапевтического эффекта и уменьшить вредное воздействие. Однако она малоприменима для клинических исследований ввиду ограничения по глубине детекции мишени. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является в данном случае наиболее перспективной методикой, предоставляющей самые широкие диагностические возможности [3]. Сочетание интраоперационной флуоресцентной визуализации с предоперационной магнитно-резонансной томографией позволяет существенно улучшить разрешение и глубину визуализации. Чтобы связать различные клинические приложения метода томографии для диагностики и лечения опухолей, желательно использовать одну и ту же наноконструкцию, функционали-зованную разным типом меток [3-5].
Цель настоящей работы - получение и исследование возможности использования мультимодальных зондов на основе человеческого сывороточного альбумина (НБЛ), содержащих магнитно-резонансную метку (ядра 19Р) и флуорофор, для прижизненной визуализации злокачественной опухоли.
Ранее [6], нами был разработан подход к декорированию альбумина разным типом меток. В настоящей работе с его использованием был получен конъюгат альбумина РРТ-Нсу-ШЛ-Су7, содержащий магнитно-резонансную метку (остаток перфтортолуола) и флуоресцентный краситель Су7 (рис. 1). Поскольку бимодальный зонд РРТ-Нсу-ША-Су7 содержит флуоресцентную метку, использование гибридной
система 3D оптической визуализации и компьютерной томографии (InSyTe™ FLECT/CT) позволило получить два изображения, путем наложения которых удалось четко локализовать молекулярный зонд в организме экспериментальных животных (рис. 1).
Мыши, использованные для исследовательских испытаний, были линии SCID (severe combined immunodeficiency) SPF-статуса. Сотрудниками ЦКП «SPF-виварий ИЦиГ СО РАН» была отработана модель ортотопической ксенотрансплантации клеток глио-бластомы человека U87 экспериментальным животным [7], которая была использована в качестве in vivo экспериментальной модели для оценки возможности применения 19F МРТ в тандеме с флуоресцентной и компьютерной томографией для исследования свойств бимодального зонда PFT-Hcy-HSA-Cy7. Эксперименты выполняли в соответствии с Директивой 2010/63/ EU Европейского парламента и Совета Европейского Союза по охране животных, используемых в научных целях и правилами «Лабораторной практики в Российской Федерации».
Подкожное введение зонда PFT-Hcy-HSA-Cy7 экспериментальным животным, инфильтрированным глиобластомой U87 человека, и последующая прижизненная молекулярная флуоресцентная визуализация с привлечением метода FLECT/CT демонстрируют распространение в организме исследуемого образца и накопление его в опухоли (рис. 1).
Применение МРТ для обнаружения опухоли в организме является общепринятым мировым
Рис. 1. Слева: изменение распространения флуоресцентного сигнала от РРТ-Нсу-НБЛ-Су7 при подкожном введении, полученного с помощью комбинации компьютерной и оптической томографии (ПБСТ/СТ) сразу после введения и через 24 ч. Визуализируемый очаг (глиома) отмечен стрелкой. Справа: структура бимодального зонда Р¥Т-Нсу-НБЛ-Су7.
Рис. 2. In vivo МРТ-визуализация опухоли U87 и накопления в ней зонда. Слева - НМРТдо инъекции; в центре - наложение l9F/'Hтомограмм сразу после подкожной инъекции зонда в область шеи; справа - наложение 19F/'H томограмм спустя 12 ч. Белым пунктиром обозначены границы опухоли. (Рисуноквоспроизведен из работы [6] с разрешения Elsevier).
подходом. Преимуществом ЯМР 19F является, с одной стороны, схожесть резонансных характеристик ядер фтора (470 MHz при 11,7 Тесла) и водорода (500 MHz при 11,7 Тесла), а с другой стороны - отсутствие фтора в организме живых существ. Положение зонда, содержащего "F-ЯМР метку, детектируется как «горячее пятно на холодном фоне». Наличие 19F ЯМР-метки (остаток перфтортолуола) в составе бимодального зонда PFT-Hcy-HSA-Cy7, позволили нам получить с помощью комбинации 1H- и ^-изображений в МРТ-анализе трехмерную картину опухоли и место локализации молекулярного зонда в организме (рис. 2). Как можно увидеть на рис. 2, через 12 ч после подкожной инъекции мышам в область шеи молекулярного зонда происходит его накопление в опухоли головного мозга (рис. 2).
Полученные результаты демонстрируют, что человеческий сывороточный альбумин, декорированный флуорофором и 19F ЯМР метками, обладает значительным потенциалом для прижизненной молекулярной визуализации экспериментальной глиобластомы с применением методов оптической томографии и 19F МРТ.
Работа выполнена при поддержке грантом Ми-нобрнауки РФ № 14.613.21.0015 (RFMEFI61314X0015).
Литература
1. Su X., Huang Q. F., Chen H. L., Chen J. Fluorescence-guided resection of high-grade gliomas: A systematic review and meta-analysis // Photodiagnosis Photodyn. Ther. - 2014. - Vol. 11. -P. 451-458.
2. Acerbi F., Cavallo C., Broggi M., Cordelia R., Anghileri E., Eoli M., Schiariti M., Broggi G., Ferroli P. Fluorescein-guided surgery for malignant gliomas: A review // Neurosurg. Rev. - 2014. - Vol. 37. -P. 547-557.
3. Чубаров А.С., Ahmad S., Сильников В.Н., Годовикова Т.С. Визуализирующие системы на основе человеческого сывороточного альбумина для МРТ диагностики патологических процессов // Химия в интересах устойчивого развития. - 2016. -Vol. 24. -P. 585-595.
4. Liu Z., Chen X. Simple bioconjugate chemistry serves great clinical advances: albumin as a versatile platform for diagnosis and precision therapy // Chem. Soc. Rev. - 2016. - Vol. 45. -P. 1432-1456.
5. Larsen M.T., Kuhlmann M., Hvam M.L., Howard K.A. Albumin-based drug delivery: harnessing nature to cure disease // Mol. Cell. Ther. - 2016. - Vol. 4. -P. 1-12.
6. Chubarov A.S., Zakharova O.D., Koval O.A., Romaschenko A.V., Akulov A.E., Zavjalov E.L., Razu-mov I.A., Koptyug I.V., Knorre D.G., Godovikova T.S. Design of protein homocystamides with enhanced tumor uptake properties for 19F magnetic resonance imaging // Bioorg. Med. Chem. - 2015. - Vol. 23. -P. 6943-6954.
7. Zavjalov E. L., Razumov I. A., Gerlinskaya L. A., Romashchenko A. V. In vivo MRI visualization of growth and morphology in the orthotopic xenotrasplantation U87 glioblastoma mouse SCID model // Vavilov J. Genet. Breed. - 2015. - Vol. 19, № 4. - P. 460-465.
