Rewolucja w obrazowaniu nowotworów: SPION/HA-FA – inteligentny kontrast MRI nowej generacji

Czy kontrast w obrazowaniu MRI może być jednocześnie inteligentny, bezpieczny i celowany w komórki nowotworowe? Uniwersytet Jagielloński – Centrum Transferu Technologii CITTRU udowadnia, że tak. W ramach Miesiąca Partnera Klastra poznaj SPION/HA-FA – innowacyjny kontrast nowej generacji, który rewolucjonizuje diagnostykę onkologiczną dzięki technologii nanocząstek.

---

Rewolucja w obrazowaniu nowotworów

W latach 70. XX wieku amerykański lekarz Raymond Damadian skonstruował pierwszy skaner MRI całego ciała, który nazwał Indomitable, czyli niepokonany. Jego wynalazek zrewolucjonizował medycynę i obecnie rezonans magnetyczny (Magnetic Resonance Imaging, MRI) jest jedną z najważniejszych technologii diagnostycznych. Dzięki niej lekarze mogą zajrzeć w głąb ludzkiego ciała bez użycia promieniowania rentgenowskiego czy inwazyjnych procedur. MRI wykorzystuje właściwości magnetyczne protonów będących jądrami atomowymi wodoru, który znajduje się w każdej tkance naszego organizmu. Pod wpływem silnego pola magnetycznego i impulsów radiowych momenty magnetyczne tych jąder emitują sygnał, który jest przetwarzany na obraz.

Choć rezonans magnetyczny potrafi dostarczyć niezwykle szczegółowych obrazów wnętrza ludzkiego ciała, nie wszystkie tkanki emitują sygnał równie silny. W szczególności drobne zmiany chorobowe – takie jak małe guzy, stany zapalne czy zmiany naczyniowe – mogą pozostać niewidoczne lub trudne do jednoznacznego zidentyfikowania. Aby zwiększyć precyzję obrazowania i uwidocznić te subtelne różnice, stosuje się środki kontrastujące – specjalne substancje, które wzmacniają sygnał w wybranych obszarach ciała na podstawie tzw. czasu relaksacji protonowej. W MRI kluczowe są dwa typy relaksacji:

•  T₁ (relaksacja spin-sieć) – mierzy czas, w którym momenty magnetyczne protonów wracają do równowagi magnetycznej. Obrazy ważone T₁ uwidaczniają struktury tłuszczowe jako jasne, a płyny jako ciemne.
• T₂ (relaksacja spin-spin) – mierzy czas, w którym momenty magnetyczne protonów tracą spójność fazową. Obrazy ważone T₂ pokazują jako jasne płyny (np. obrzęki, guzy), a tłuszcze jako ciemniejsze.

W zależności od rodzaju zastosowanego środka kontrastującego można uzyskać bardziej szczegółowy obraz w jednym lub drugim trybie, w zależności od tego, który element wymaga największego uwydatnienia. Najczęściej stosowane kontrasty to:

• Związki gadolinu (Gd) – skuteczne w obrazowaniu T₁, np. gadobutrol, gadoteridol, ale mogą być toksyczne, szczególnie dla osób z zaburzeniami funkcji nerek.
• Superparamagnetyczne nanocząstki tlenku żelaza (SPION) – stosowane głównie jako kontrasty T₂. Należą do grupy kontrastów bezpieczniejszych, ale często o ograniczonej specyficzności wobec tkanek nowotworowych, np. ferumoxytol, feridex.
• Kontrasty dualne (T₁–T₂) – nowa generacja kontrastów, łącząca zalety obu typów, wciąż w fazie rozwoju.

SPION/HA-FA – inteligentny kontrast nowej generacji

W odpowiedzi na potrzebę bardziej skutecznych, bezpiecznych i selektywnych środków kontrastujących, naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej opracowali innowacyjny czynnik kontrastujący SPION/HA-FA. To zaawansowany nanomateriał, który łączy w sobie trzy kluczowe komponenty – superparamagnetyczne nanocząstki tlenku żelaza (SPION), stabilizowane powierzchniowo niskocząsteczkowym kwasem hialuronowym (HA) i funkcjonalizowane kowalencyjnie kwasem foliowym (FA).

SPION/HA-FA to nanocząstki o średnicy poniżej 200 nm, które są stabilne w środowisku fizjologicznym przez co najmniej 50 godzin. Dzięki obecności HA i FA, cząstki te są aktywnie wychwytywane przez komórki nowotworowe, co pozwala na ich selektywne obrazowanie. Dodatkowo, ich właściwości magnetyczne umożliwiają jednoczesne obrazowanie w trybie T₁ i T₂, co czyni je kontrastem dualnym.

Wśród zalet SPION/HA-FA, w porównaniu do obecnych czynników kontrastujących, można wymienić:

• podwójne celowanie biologiczne – obecność dwóch ligandów tj. HA i FA umożliwia precyzyjne celowanie w komórki nowotworowe, które wykazują nadekspresję odpowiednich receptorów. To znacząco zwiększa lokalne stężenie kontrastu w obrębie guza, poprawiając jakość obrazowania.
• Dualna funkcja kontrastowa (T₁–T₂) – SPION/HA-FA działa jako kontrast T₁ i T₂, co pozwala na uzyskanie bardziej kompleksowego obrazu zmian chorobowych. Funkcjonalizacja nanocząstek kwasem foliowym znacznie poprawiła właściwości kontrastowe nanocząstek. W badaniach efektywności tych kontrastów wykazano, że relaksatywność T₁ SPION/HA-FA jest dwukrotnie wyższa niż SPION/HA, a relaksatywność T₂ ponad 2,5-krotnie wyższa.
• Bezpieczeństwo stosowania – SPION/HA-FA nie wykazuje toksyczności wobec komórek krwi (erytrocytów i leukocytów) ani komórek wątroby. Nie powoduje hemolizy ani zmian morfologii komórek, co potwierdza jego biokompatybilność.
• Wysoka stabilność fizykochemiczna – nanocząstki zachowują stabilność przez 10 tygodni w warunkach przechowywania i przez 50 godzin w warunkach fizjologicznych. Nie agregują, co jest kluczowe dla ich skuteczności i bezpieczeństwa.
• Skrócony czas badania MRI  – dzięki wyższej relaksatywności T₁, możliwe jest skrócenie czasu repetycji sekwencji pomiarowej, co przekłada się na nawet dwukrotnie krótszy czas badania lub znaczące zwiększenie jego czułości.
• Potencjał terapeutyczny – SPION/HA-FA wykazuje zdolność do obniżania żywotności komórek nowotworowych, co otwiera drogę do zastosowań terapeutycznych, np. w terapii celowanej.

Nowy standard w diagnostyce i terapii onkologicznej

Badania laboratoryjne potwierdziły wyjątkowy potencjał SPION/HA-FA. Nanocząstki generują wyraźne sygnały w obrazach MRI ważone czasem T₁ i T₂, zapewniając doskonałą jakość diagnostyczną. Co więcej, skutecznie trafiają w komórki glejaka wielopostaciowego, a już po 24 godzinach od podania kontrastu obserwuje się wyraźny spadek ich żywotności – bez jakiegokolwiek wpływu na zdrowe komórki. Obrazowanie mikroskopowe ujawniło obecność nanocząstek wewnątrz komórek nowotworowych poddanych tym badaniom, co potwierdza ich precyzyjne działanie celujące.

Nowoczesna diagnostyka wymaga rozwiązań, które łączą dokładność, bezpieczeństwo i szybkość. Czynnik kontrastujący SPION/HA-FA spełnia wszystkie te kryteria, oferując wyjątkową efektywność obrazowania MRI, stabilność i pełne bezpieczeństwo stosowania. Dzięki selektywności wobec komórek nowotworowych umożliwia precyzyjne lokalizowanie zmian, a jednocześnie skraca czas badania, co przekłada się na większy komfort pacjenta i efektywność pracy kliniki. SPION/HA-FA nie zawiera gadolinu ani innych toksycznych jonów metali ciężkich, a dodatkowo posiada potencjał terapeutyczny, otwierając nowe możliwości w onkologii. To innowacyjne rozwiązanie wyznacza nowy standard w diagnostyce i teranostyce onkologicznej, łącząc nanotechnologię z medycyną dla szybszych, bezpieczniejszych i skuteczniejszych badań.

Po więcej informacji odwiedź profil Uniwersytet Jagielloński – Centrum Transferu Technologii CITTRU na Platformie Współpracy LSOS.

Materiały do powyższego artykułu zostały dostarczone przez Uniwersytet Jagielloński – Centrum Transferu Technologii CITTRU.