Современная медицина постоянно ищет способы более эффективной борьбы с раковыми заболеваниями, особенно когда опухоли расположены глубоко в тканях организма. Традиционные методы лечения и диагностики зачастую сталкиваются с трудностями проникновения вглубь тела, что снижает их эффективность. Однако, недавнее открытие ученых из Токийского столичного университета может стать настоящим прорывом в этой области.
Группа исследователей, возглавляемая профессором Масатоши Ичида, разработала принципиально новый тип красителя, обладающий уникальной способностью эффективно поглощать излучение во втором ближнем инфракрасном диапазоне (NIR-II). Это излучение, в отличие от других диапазонов, гораздо лучше проникает сквозь биологические ткани, открывая новые горизонты для фототермической терапии и фотоакустической диагностики рака, особенно в труднодоступных областях тела.
В основе нового красителя лежит билариен – соединение, относящееся к семейству желчных пигментов. Ученые применили метод «N-конфузии» для модификации кольцевой структуры билариена, создав уникальную молекулу, способную связывать ионы металлов. Ключевым моментом стало успешное внедрение ионов родия (Rh) и иридия (Ir) в эту модифицированную структуру через атомы азота. Именно эта комбинация придала красителю исключительные свойства.
Одной из важнейших характеристик нового соединения является его способность к максимальному поглощению света на длине волны 1600 нанометров. Этот показатель находится в пределах второго ближнего инфракрасного диапазона (1000–1700 нанометров), который имеет решающее значение для медицинских применений. Излучение NIR-II значительно слабее рассеивается и поглощается биологическими тканями по сравнению с другими диапазонами, что обеспечивает большую глубину проникновения энергии.
Ученые подчеркивают, что уникальное распределение электронов в молекуле нового красителя, описываемое как «пи-радикалоидная» структура, играет ключевую роль в его высокой эффективности поглощения в NIR-II диапазоне. Этот факт был подтвержден как детальными измерениями отклика молекулы на магнитные поля, так и численными расчетами с использованием теории функционала плотности (DFT).
В контексте фотоакустической диагностики и терапии рака, новый краситель играет роль контрастного агента. Принцип метода заключается в следующем: контрастное вещество вводится в организм, после чего на него направляется свет. Краситель, поглощая свет, преобразует его в тепло. Это тепло вызывает микроскопические ультразвуковые волны, которые могут быть зарегистрированы для получения изображений внутренних органов или использованы для разрушения раковых клеток.
Эффективность фотоакустического метода напрямую зависит от стабильности и эффективности контрастных агентов, способных поглощать свет в желаемом диапазоне длин волн. Существующие контрастные вещества, как правило, более чувствительны к первому ближнему инфракрасному диапазону (NIR-I, 700–1000 нанометров). Однако, NIR-I имеет существенные недостатки: более сильное рассеяние в биологических тканях и, как следствие, менее эффективная доставка энергии в глубокие ткани.
Новый краситель, разработанный в Токийском столичном университете, устраняет эти ограничения. Эффективно поглощая излучение NIR-II, он обеспечивает значительно лучшее проникновение света в ткани. Это означает, что больше энергии может быть доставлено в области, где находится краситель, что существенно повышает четкость изображений при диагностике и эффективность теплового воздействия при терапии. По сути, этот краситель позволяет «обойти» ахиллесову пяту современных контрастных веществ, которые недостаточно эффективны для работы на глубине.
Таким образом, новое соединение открывает многообещающие перспективы для развития медицины глубоких тканей. Улучшенная визуализация и более эффективная доставка тепла позволяют надеяться на появление новых, более действенных методов лечения и диагностики рака. Однако, потенциал нового красителя не ограничивается только медицинской сферой. Исследователи предполагают, что его уникальные свойства могут найти применение и в других областях, например, в химическом катализе, что подчеркивает широкий спектр возможностей этого научного достижения.
Изображение носит иллюстративный характер
Группа исследователей, возглавляемая профессором Масатоши Ичида, разработала принципиально новый тип красителя, обладающий уникальной способностью эффективно поглощать излучение во втором ближнем инфракрасном диапазоне (NIR-II). Это излучение, в отличие от других диапазонов, гораздо лучше проникает сквозь биологические ткани, открывая новые горизонты для фототермической терапии и фотоакустической диагностики рака, особенно в труднодоступных областях тела.
В основе нового красителя лежит билариен – соединение, относящееся к семейству желчных пигментов. Ученые применили метод «N-конфузии» для модификации кольцевой структуры билариена, создав уникальную молекулу, способную связывать ионы металлов. Ключевым моментом стало успешное внедрение ионов родия (Rh) и иридия (Ir) в эту модифицированную структуру через атомы азота. Именно эта комбинация придала красителю исключительные свойства.
Одной из важнейших характеристик нового соединения является его способность к максимальному поглощению света на длине волны 1600 нанометров. Этот показатель находится в пределах второго ближнего инфракрасного диапазона (1000–1700 нанометров), который имеет решающее значение для медицинских применений. Излучение NIR-II значительно слабее рассеивается и поглощается биологическими тканями по сравнению с другими диапазонами, что обеспечивает большую глубину проникновения энергии.
Ученые подчеркивают, что уникальное распределение электронов в молекуле нового красителя, описываемое как «пи-радикалоидная» структура, играет ключевую роль в его высокой эффективности поглощения в NIR-II диапазоне. Этот факт был подтвержден как детальными измерениями отклика молекулы на магнитные поля, так и численными расчетами с использованием теории функционала плотности (DFT).
В контексте фотоакустической диагностики и терапии рака, новый краситель играет роль контрастного агента. Принцип метода заключается в следующем: контрастное вещество вводится в организм, после чего на него направляется свет. Краситель, поглощая свет, преобразует его в тепло. Это тепло вызывает микроскопические ультразвуковые волны, которые могут быть зарегистрированы для получения изображений внутренних органов или использованы для разрушения раковых клеток.
Эффективность фотоакустического метода напрямую зависит от стабильности и эффективности контрастных агентов, способных поглощать свет в желаемом диапазоне длин волн. Существующие контрастные вещества, как правило, более чувствительны к первому ближнему инфракрасному диапазону (NIR-I, 700–1000 нанометров). Однако, NIR-I имеет существенные недостатки: более сильное рассеяние в биологических тканях и, как следствие, менее эффективная доставка энергии в глубокие ткани.
Новый краситель, разработанный в Токийском столичном университете, устраняет эти ограничения. Эффективно поглощая излучение NIR-II, он обеспечивает значительно лучшее проникновение света в ткани. Это означает, что больше энергии может быть доставлено в области, где находится краситель, что существенно повышает четкость изображений при диагностике и эффективность теплового воздействия при терапии. По сути, этот краситель позволяет «обойти» ахиллесову пяту современных контрастных веществ, которые недостаточно эффективны для работы на глубине.
Таким образом, новое соединение открывает многообещающие перспективы для развития медицины глубоких тканей. Улучшенная визуализация и более эффективная доставка тепла позволяют надеяться на появление новых, более действенных методов лечения и диагностики рака. Однако, потенциал нового красителя не ограничивается только медицинской сферой. Исследователи предполагают, что его уникальные свойства могут найти применение и в других областях, например, в химическом катализе, что подчеркивает широкий спектр возможностей этого научного достижения.
