23:00 
Магнитно-резонансная томография (МРТ) имеет неоценимое значение в мире медицины. Но, несмотря на все хорошие результаты, есть возможности для совершенствования. Один из способов повышения чувствительности МРТ называется динамической ядерной поляризацией (DNP), при которой молекулы-мишени для визуализации модифицируются так, чтобы они формировали более четкие изображения при сканировании с помощью аппарата МРТ. Но этот метод требует использования специальных кристаллических материалов, смешанных с поляризующими агентами, которые сложно создать. Впервые исследователи, в том числе из Токийского университета, демонстрируют использование молекул, называемых фуллеренами, в качестве поляризующих агентов. Их новый метод может сделать мишени DNP достаточными, чтобы обеспечить гораздо большую четкость при визуализации с помощью аппарата МРТ, что потенциально может принести пользу в различных медицинских приложениях.
Если вам посчастливилось никогда раньше не посещать внутреннюю часть аппарата МРТ, то вы, вероятно, все еще знакомы с ними: огромные кольцеобразные объекты, которые поглощают человека и шумно сканируют его, создавая подробные трехмерные изображения для диагностических целей. С момента своего массового появления в медицинском мире более четырех десятилетий назад аппараты МРТ позволили врачам и исследователям использовать 3D-данные для различных диагностических и исследовательских целей. Но, как и в случае с любой машиной, постоянно предлагаются обновления для улучшения тех или иных аспектов, будь то размер, стоимость, шум, функции или возможности.
Типичный МРТ работает путем создания сильного магнитного поля. Это заставляет протоны молекул воды в организме или образце выравниваться. Затем машина излучает радиоволны, которые сбивают эти протоны с места, и они снова возвращаются в исходное положение под действием магнитного поля. При перестройке протоны испускают контрольный радиосигнал, который машина обнаруживает и использует для определения типа ткани, из которой исходит сигнал. Но, как вы, возможно, уже поняли, это означает, что типичные аппараты МРТ ограничены обнаружением образцов, богатых водой. Итак, исследователи искали способ расширить возможности обнаружения аппаратов, и именно здесь на помощь приходят новые исследования химического факультета.
Устоявшийся способ улучшить детализацию и информативность изображений МРТ — использовать химические мишени в пациенте или образце. DNP работает таким образом, но требует, чтобы агенты поляризовали целевые молекулы, а это, в свою очередь, обычно требует чрезвычайно низких или криогенных температур и условий сильного магнитного поля. Но мы продемонстрировали более простой способ поляризации целей. Наша работа показывает, что, используя специально разработанные молекулы, называемые фуллеренами, мы можем повысить скорость поляризации до 14,2% в образце неупорядоченного стеклоподобного материала. Этот уровень достаточно высок для биологических применений, где порог в 10% является желаемым минимумом; в противном случае поляризованные молекулы распадаются слишком быстро, чтобы их сигналы давали полезные изображения».
Профессор Нобухиро Янаи, факультет химии
Фуллерены, также известные как бакиболы, представляют собой трехмерные геометрические решетки атомов углерода, которые привлекли внимание исследователей, поскольку их можно модифицировать различными способами для создания функциональных материалов. В этом случае Янай и его команда добавили к фуллеренам определенные модификации, которые предотвратили их вращение, так что Помещенные в образец, электроны этих фуллеренов передают свою спиновую поляризацию ядрам близлежащих атомов, и именно эта поляризация преобразуется в более сильные сигналы для обнаружения датчиками изображения. И все, что исследователям нужно сделать, чтобы заставить их специальные фуллерены, называемые транс-3а-изомерами, сделать это, - это направить на них определенный вид света.
"Поляризация мишеней осуществляется вне тела. После поляризации образец растворяется, а фуллерен, который может быть вредным, удаляется перед инъекцией гипотетическому пациенту», — рассказала аспирант Киета Сакамото. «Поскольку этот метод, триплет-DNP, позволяет избежать необходимости использовать жидкий гелиевый охлаждающий агент, его можно использовать на гораздо более простом и дешевом оборудовании. Это также позволяет поляризовать диагностические химические зонды, такие как пируват или противораковые препараты, которые обычная МРТ не может обнаружить. Наша следующая цель — разработать биосовместимые матрицы, чтобы мы могли гиперполяризовать такие важные с медицинской точки зрения молекулы. Мы планируем сначала продемонстрировать высокочувствительную МРТ на животных моделях. Если эти эксперименты увенчаются успехом и последуют клинические испытания, мы ожидаем, что эта технология сможет достичь реальных медицинских условий примерно через 10–20 лет».
