КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 17-72-10198
НазваниеРазработка новых контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии на основе наноразмерных фторидов редких земель
Руководитель Алакшин Егор Михайлович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)
Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры
Ключевые слова контрастные агенты, МРТ, ЯМР, наночастицы, фториды редких земель, токсичность, высокополевой томограф
Код ГРНТИ29.19.22
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Целью настоящего проекта является создание контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии на основе наноразмерных фторидов редких земель. Для достижения поставленной цели будут решены следующие задачи: приготовление серии образцов контрастных агентов на основе водных коллоидных растворов наноразмерных порошков трифторидов редкоземельных ионов (TbF3, DyF3); исследование зависимости релаксивности r1,r2 образцов контрастных агентов от величины магнитного поля, концентрации растворов и размера диспергированных частиц; оценка токсичности; установление оптимальных параметров предложенных контрастных агентов для практического применения.
Наночастицы трифторидов редких земель, такие, как LaF3 [Chem. Mater. 2006, 18, 2499-2505], допированные различными редкоземельными элементами, TbF3 [Nano Research. 2016, 9,1135-1147], используются в качестве контрастных агентов (КА) или входят в их состав. Также, благодаря своим люминесцентным свойствам фторидные наночастицы применяются в лазерной технике как компоненты рабочей среды [J. Mater. Chem, 2012, 22, 20190]. Возможности применения рассматриваемого типа наночастиц чрезвычайно обширны: компьютерные мониторы [Chem. Mater. 2009, 21, 2010-2012], фотовольтаики [Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4835], вещества для адресной доставки лекарств [Biomaterials 2011, 32, 1110], биосенсоры [Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 260] и датчики температуры [ACS Nano. 2010, 4,3254]. Кроме того, посредством легирования и изменения поверхности такие наночастицы могут служить в качестве многофункциональных платформ для биоприложений.
Магнитно-резонансная томография (МРТ), как метод неинвазивной визуализации, имеет чрезвычайно высокую глубину проникновения ткани. Кроме того, МРТ не использует радиоактивные агенты или электромагнитные волны высокой энергии, как в случае ПЭТ, ОФЭКТ и КТ [Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 1416-1448]. Известно, что время ядерной магнитной релаксации протонов сильно отличается для различных биологических тканей, что позволяет различать их на МРТ изображении (контрастирование). Однако чувствительность МРТ относительно низкая. В ранней диагностике, разница между нормальными и аномальными областями обычно невелика, и для выявления аномальной области требуется дополнительный контраст [Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1630−1640]. Способность контрастных агентов изменять время релаксации количественно представлена r1 и r2 релаксивностями, которые представляют собой изменение скоростей релаксации (1/T1 и 1/T2), нормированные на концентрацию водного коллоидного раствора, [r]= мМ-1с-1.
Материалом для Т1-контрастных агентов служат вещества, имеющие в своем составе элементы с большим числом неспаренных электронов, такие как Gd3+. В 2015 году руководителем данного проекта с соавторами [Low Temp. Phys. 2015, 41, 67] было показано, что скорость продольной ядерной магнитной релаксации протонов воды в коллоидных растворах LaF3 допированных Gd3+ увеличивается с ростом концентрации наночастиц и уменьшается с увеличением их размера с 20 до 30 нм, измерена релаксивность и проведены сравнения с коммерческими КА.
Лантаноиды Ln3+, используемые в качестве КА, обычно незначительно закорачивают время T1, но оказывают существенное влияние на время релаксации T2. Например, исследование зависимости r2 наночастиц Dy2O3 от размера показало, что оптимальный размер - 70 нм при 7 Tл (r2 ≈ 190 мМ-1с-1) и 60 нм при 17,6 Tл (r2 ≈ 675 мМ-1с-1) [J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5335−5340]. Также, установлено, что намагниченность наночастиц Dy2O3 не насыщается до 30 T.
Тан и соавторы сообщили о наночастицах NaDyF4, легированных Tb, для люминесценции и Т2 МРТ (r2 = 22.325 мМ-1с-1 при 7 Тл) [Eur. J. Inorg. Chem. 2012, 2012, 2044−2048]. Среди всех лантаноидов, Dy3+ (10.63μB) имеет наибольший эффективный магнитный момент. Таким образом, основанные на Ln3+ T2 КА фокусируются в основном на парамагнитных ионах с большим магнитным моментом. Хотя магнетизм является неотъемлемым свойством bulk материалов, на магнитные свойства наночастиц существенное влияние оказывают также их размер, форма и морфология поверхности [Adv. Healthcare Mater.2012, 1, 502−512.].
В статье [Nano Research. 2016, 9,1135-1147] исследованы наночастицы TbF3 в качестве контрастных агентов для сильнополевой (> 3 Тл) МРТ и рентгеновской компьютерной томографии (РКТ). В силу сильного парамагнетизма наночастицы TbF3 показали превосходную r2 релаксивность (395,77 мМ-1с-1) и незначительную r1 релаксивность в магнитном поле 7 Tл. Кроме того, наночастицы TbF3 показали сильное затухание рентгеновского излучения. Практическое применение для Т2 МРТ контрасных агентов и РКТ изображений было продемонстрировано на мышах. Была показана низкая токсичность наночастиц TbF3. Таким образом, результаты показывают, что наночастицы TbF3 являются перспективными кандидатами для высокополевого МРТ и РКТ.
У руководителя предложенного проекта имеется положительный опыт по синтезу и исследованию магнитных свойств трифторидов редких земель. В 2016 опубликованы результаты по синтезу наночастиц DyF3 размером 20 нм [Journal of Nanomaterials. 2016, 2016, 7148307]. На данный момент отправлены в редакции международных рецензируемых журналов 2 статьи по новой разработанной технологии синтеза DyF3 (5 нм) и TbF3 (20 нм). На данных образцах проведены предварительные эксперименты на ЯМР спектрометре Bruker Avance 500 показывающие перспективность дальнейшего исследования образцов как Т2 МРТ контрасных агентов. (r2 ≈ 1000 мМ-1с-1 для 11,7Тл).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ