«МРТ имеет широкий спектр диагностических применений и показывает многообещающие возможности для обнаружения и мониторинга лечения рака груди», — сказал Ричард Конрой, доктор философии, директор отдела прикладных наук и технологий NIBIB. «Методика, использованная исследователями в этом исследовании, позволяет очень рано обнаруживать метастатическое распространение, что позволит быстрее адаптировать лечение и, как мы надеемся, приведет к лучшим результатам в будущем».Исследование, опубликованное 21 августа 2015 года в выпуске журнала Nature Communications, возглавляли Чжэн-Ронг Лу, доктор философии, CWRU М. Франк Руди и Маргарет Домитер Руди, профессор биомедицинской инженерии и эксперт в области молекулярной визуализации. при раке и других заболеваниях.«С помощью этого метода мы показали, что можем обнаруживать очень крошечные опухоли всего из нескольких сотен клеток», — сказал Лу, добавив, что исследование раздвинуло границы визуализации, выявляя более мелкие раковые образования, чем можно обнаружить с помощью текущих методов клинической визуализации. «Наша технология визуализации может отличать агрессивные опухоли от опухолей с низким уровнем риска.
Это две вещи, которые потенциально могут оказать большое влияние на клиническую практику, а также на лечение рака».У одной трети пациентов, у которых диагностирован рак груди, в конечном итоге развиваются метастазы в отдаленные органы, что повышает риск смерти. Рак груди часто метастазирует в кости, легкие, печень, лимфатические узлы и мозг.
Поскольку небольшие раковые опухоли на ранней стадии наиболее чувствительны к медикаментозному лечению, скрининг является важным аспектом последующего ухода за пациентами с раком груди, а раннее выявление имеет решающее значение для разработки соответствующих и эффективных терапевтических вмешательств. Хотя в настоящее время для обнаружения и клинического ведения рака молочной железы используются различные методы визуализации, включая МРТ, они не способны обнаруживать определенные типы рака или ранний рост рака.
Самые ранние признаки распространения рака называются микрометастазами. Как следует из названия, они часто слишком малы, чтобы их можно было обнаружить с помощью стандартного скрининга. Команда доктора Лу использовала биохимический подход в сочетании с МРТ для обнаружения молекулярных изменений, которые сигнализируют о микрометастазах.
Чтобы обнаружить микроместастазы, Лу и его команда использовали МРТ, в котором для получения изображений используются магнитное поле и радиоволны, и объединили их со специальным химическим контрастным раствором.Контрастный раствор, который разработала команда, содержит небольшой кусок белка или пептида, помеченный крохотным магнитом.
Они выбрали пептид — цепочку всего из пяти аминокислот — из-за его способности связываться с структурами белкового матрикса вокруг раковых клеток, называемыми комплексами фибрин-фибронектин. Что еще более важно, фибронектиновая часть комплекса экспрессируется во время перехода клетки к раку и играет роль в росте, миграции и дифференцировке клеток. Фибронектин связан с раком груди высокого риска с плохим прогнозом.
Исследователи собрали изображения, на которых изображены метастазы там, где рак груди распространился за пределы исходной опухоли. Молекулы металла в контрастном растворе намагничиваются во время процесса МРТ и улучшают изображение везде, где молекулы раствора связываются с целевым белком.
«Первичная опухоль посылает сигналы в отдаленные ткани и органы, чтобы подготовить почву для метастазирования», — сказал Лу. «За счет связывания с магнитно-меченным пептидом биомаркер усиливается, генерируя достаточно сигнала для МРТ-обнаружения небольших злокачественных опухолей высокого риска и микроместастазов».Исследователи протестировали этот подход на мышах, которым они внедрили клетки рака груди. После двухнедельного периода ожидания исследователи ввели контрастный раствор и провели МРТ. МРТ обнаружила метастатические опухоли, включая микрометастазы, в легких, печени, лимфатических узлах, надпочечниках, костях и мозге мышей.
Анализ изображений показал, что контраст, используемый исследовательской группой, связан почти исключительно с комплексами фибрин-фибронектин, производя сильное и продолжительное улучшение изображения микрометастазов и опухолей по сравнению с нормальной тканью. Используя метод микроскопической визуализации, называемый крио-визуализацией и МРТ, исследователи подтвердили, что метод МРТ может обнаруживать микрометастазы, даже наблюдая микрометастазы в костях, которые были меньше 0,5 мм — диаметр очень тонкого грифеля карандаша.
Перед исследованием этого контрастного вещества команда Лу провела исследования, чтобы определить его вывод из организма после визуализации, что важно для безопасного клинического использования. Их тестирование показало, что агент легко выводится из организма и имеет низкий уровень удержания в тканях. Поэтому они ожидают, что он будет безопасным, если в конечном итоге будет разработан для клинического использования.«Частота рецидивов некоторых форм рака груди и последствия метастатического рака делают эти усилия неотложными и важными», — сказал Лу, добавив, что его исследовательская группа также надеется усовершенствовать подход к обнаружению рака простаты. «Мы думаем, что этот целевой подход имеет большие перспективы для более ранней визуализации рака высокого риска в клинике.
Он также может стать полезным в качестве неинвазивного способа оценки прогресса в лечении рака груди».Команда планирует завершить тестирование безопасности агента визуализации в течение следующих трех лет.
Затем они будут проводить испытания на людях с этим подходом.