تصویربرداری مولکولی تغییر داده است که چگونه پزشکان و محققان فرآیندهای بیولوژیکی را مشاهده می کنند، ارائه دیدگاه های بی سابقه به فعالیت سلولی و مولکولی، عوامل کنتراست سنتی، مانند ترکیبات مبتنی بر گادولینیوم برای MRI یا عوامل iodinated برای CT، برای دهه ها به خوبی خدمت کرده اند، اما اغلب فاقد ویژگی های خاص و حساسیت برای تشخیص بیماری اولیه هستند. - ذرات مهندسی شده کوچک معمولا بین 1 و 100 نانومتر اندازه در حال حاضر تولید چند شیمیایی هستند، و ابزارهای تصویربرداری مولکولی پیشرفته تر از آنها را قادر می سازد.

عوامل کنتراست نانوذرات چیست؟

عوامل کنتراست نانوذرات ساختارهای مصنوعی هستند که برای تعامل با اهداف بیولوژیکی خاص طراحی شده اند در حالی که سیگنال را از یک روش تصویربرداری تقویت می کنند، اندازه کوچک آنها به آنها اجازه می دهد تا جریان خون را هدایت کنند، به بافت نفوذ کنند و به نشانگرهای مولکولی در سطوح سلولی یا در داخل ماتریس سیگنال اضافی متصل شوند. مواد رایج شامل اکسید آهن ابرپار مغناطیسی (SPIO) برای MRI، نانوذرات طلا برای سی تی و تصویر برداری عکس، شدت کوانتومی و ویژگی های تصویربرداری نوری، و نقاط نوری، و مواد نوری، و نقاط تصویربرداری از مواد نوری، و ویژگی های نوری، و مواد نوری، و مزایای متمایز از مواد نوری، و نوروتیک، و نورولوژیکی، و مواد تصویربرداری، و مواد افزودنی، و مواد افزودنی، مزایای نوری، و مواد تصویربرداری، مزایای نوری، و نوروتیک، و نوروتیک، و مواد منفجره، و نوروتیکی متمایز از مواد تصویربرداری از مواد تصویربرداری، و مواد افزودنی، و مواد افزودنی سیگنال های نوری، و مواد افزودنی، مزایای نوری، و مواد تشکیل دهنده های نوری، مزایای تصویربرداری، از مواد افزودنی های تصویربرداری، و مواد افزودنی و مواد افزودنی، و مواد افزودنی های نوری، و مواد افزودنی سیگنال های تصویربرداری، مزایای متمایز از مواد افزودنی سیگنال های نوری، و مواد توزیع

سطح این ذرات اغلب با پلیمر ها، پپتیدها، آنتی بادی ها یا مناسبرها پوشانده می شود تا قابلیت زیستی را افزایش دهد و هدف گیری فعال را فعال کند، به عنوان مثال، پوشش با گلیک پلی اتیلن (PEG) باعث کاهش ایمنی بدن و طولانی تر شدن زمان گردش خون، مانند آنتی بادی ها در برابر HER2 یا گیرنده فولات، اجازه می دهد تا نانوذرات به طور انتخابی در بهبود دقیق طراحی های تشخیصی، به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار گیرند و عوامل ژنتیکی، به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار می گیرند.

مزایای Nanoparticle Agents

افزایش حساسیت و کنتراست

از آنجا که نانوذرات حمل یک محموله بزرگ از مواد ضد تولید کننده (به عنوان مثال، هزاران یون گادولینیوم در هر ذره برای MRI، یا عناصر با تعداد اتمی بالا برای CT)، آنها سیگنال های بسیار قوی تر از عوامل مولکول کوچک معمولی تولید می کنند، این حساسیت افزایش می یابد که ضایعات کوچکتر یا غلظت کمتر از بیومارکرها می تواند شناسایی شود، به طور بالقوه تشخیص بیماری های مانند سرطان، و بیماری های عصبی را فراهم می کند.

تصویر برداری هدفمند

به عنوان مثال، عملکرد سطح نانو ذرات با عناصر تشخیص مولکولی اجازه می دهد تا محلی سازی دقیق به نشانگرهای خاص بیماری را فراهم کند.برای مثال، نانوذرات اشپیگلO با آنتی بادی در برابر گیرنده عامل رشد اپیدرم (EGFR) می توانند تومورهای پستان را در T2-weighted MRI برجسته کنند.این ویژگی خاص باعث کاهش مثبت کاذب می شود و پزشکان اجازه می دهد تا تصمیم گیری های غیر تهاجمی را ارزیابی کنند.

کاهش عوارض جانبی و پروفایل های ایمنی بهبود یافته

از آنجا که نانوذرات به طور عمده در بافت های هدف تجمع می کنند (از طریق هدفگیری فعال یا افزایش قابلیت و حفظ – اثر EPR)، دوزهای پایین تر مورد نیاز است، که سمیت سیستمیک را به حداقل می رساند. بسیاری از فرمول های نانوذرات همچنین به محصولات جانبی سازگار با زیست محیطی مانند آهن که وارد مسیرهای متابولیک عادی می شوند، کاهش خطر واکنش های نامطلوب در مقایسه با برخی از عوامل کنتراست معمولی مانند نمونه های دارویی که فیبروز هستند، که با بیماران سیستمیک در معرض آسیب زا هستند.

قابلیت های Multimodal Capability

یکی از هیجان انگیزترین مزایای این است که توانایی طراحی نانوذرات که در چندین روش تصویربرداری قابل مشاهده هستند، A تک نانوپلم می تواند مهندسی شود تا حاوی هسته اکسید آهن برای MRI، یک پوسته طلایی برای CT و یک رنگ فلورسنت برای تصویربرداری نوری باشد.این روش چند منظوره اطلاعات مکمل را فراهم می کند - به عنوان مثال، جزئیات با وضوح بالا از CT ترکیب شده با تصاویر مولکولی خاص - بدون نیاز به تزریق جداگانه.

برنامه های کاربردی در تصویربرداری مولکولی

تصویربرداری مجدد مغناطیسی (MRI)

نانوذرات اکسید آهن سوپرپاروس (SPIONs) در میان پیشرفته ترین عوامل کنتراست نانو ذرات نانوپلتیک هستند.آنها برای تصویربرداری از ضایعات کبدی، متاست های غدد لنفاوی، و التهاب جدید با پوشش های بهینه شده بر روی تصاویر سلول T2- وزن استفاده شده است. SPIONs برای تشخیص ضایعات کبدی، متاکسوزن، و التهاب.

تاموگرافی (CT)

نانوذرات طلا (AuNPs) به ویژه برای CT جذاب هستند زیرا تعداد اتمی بالا طلا (79) باعث می شود که نور X-ray بسیار عالی نسبت به بافت باشد. AuNPs می تواند برای چرخه تومور یا گیرنده های خاص، ارائه پنجره های تصویربرداری طولانی تر از عوامل معمولی و همچنین شکل و اندازه آنها تنظیم شده باشد تا جذب شوند، و امکان تمایز نانو را بین انواع ذرات تزریق شده به طور همزمان فراهم کند.

تصویر برداری

میکروبل های گازی که برای سال ها به عنوان عوامل کنتراست سونوگرافی استفاده می شوند، اما اندازه آنها (میکرومتر) دسترسی اضافی به نانوبول ها (معمولا 200-500 نانومتر) و سیلیس یا نانوذرات گازی پر از گاز می تواند به بافت تومور اضافه شود و توسط سونوگرافی برای تولید سیگنال های انعکاس فعال شود.

تصویر برداری نوری

نقاط کوانتومی (CdSe/ZnS) و نانوذرات سیلیکا فلورسنت سیگنال های روشن و قابل عکس العملی برای تصویربرداری نزدیک به مادون قرمز (NIR) ارائه می دهند، در حالی که با عمق نفوذ بافت محدود شده اند، آنها در تصویربرداری داخلی برای هدایت مجدد تومور و در روش های پایانوسکوپی برتری دارند.

انتشار کتاب های Positron EmissionTomography (PET) و تک عکسی که تاموگرافی (SPECT) را تکمیل کردند

نانوذرات را می توان با ایزوتوپ هایی مانند 64Cu، 89Zr یا 111In for PET یا تصویر برداری اسپکت مخلوط کرد.زمان گردش طولانی و اشتیاق بالا نانوذرات نسبت سیگنال به نوروز را بهبود می بخشد و اجازه می دهد تا تصویربرداری ماکرو به تأخیر افتاده (24-48 ساعت پس از تزریق)، که به فعالیت پس زمینه روشن کمک می کند، این روش به ویژه برای ردیابی ایمنی سلول ها در سرطان ایمنی و تحریک کننده های بصری در فعالیت های ماکروفروزی و تصاویر.

چالش های فعلی و محدودیت ها

قابلیت زیست محیطی و سمیت

علی رغم وعده آنها، بسیاری از فرمول های نانوذرات نانو ذرات در مورد سمیت طولانی مدت، نانوذرات مبتنی بر فلز، مانند نقاط کوانتومی حاوی کادمیوم، ممکن است یون های سمی را تحت شرایط اسیدی یا اکسیداتیو آزاد کنند.شکل، شارژ سطح و تخریب همه توزیع زیستی و سازمان های تنظیم کننده ترخیص نیاز به ارزیابی گسترده ای از سمیت حاد و التهابی مزمن، و مغز استخوان های ذخیره سازی (سیستم استخوان های ذخیره سازی، تقویت کننده)

تولید Reroducibility و Scalability

تولید نانوذرات با اندازه ثابت، شکل، شیمی سطح و تکثیر دسته به سبد همچنان یک مانع صنعتی قابل توجه است. تغییرات کوچک می تواند به طور چشمگیری در عملکرد در بدن تغییر کند، که منجر به افزایش کنتراست غیر قابل پیش بینی یا سمیت تولید خوب (GMP) هنوز هم برای بسیاری از نانومواد جدید ایجاد می شود و روش های تولید بزرگ مقرون به صرفه قبل از پذیرش بالینی گسترده است.

موانع ترجمه بالینی و تنظیم کننده

فقط تعدادی از عوامل کنتراست نانوذرات تا به امروز تصویب قانونی دریافت کرده اند (به عنوان مثال، فریتومoxytol برای استفاده از برچسب MRI) مسیر از تحقیقات پیش بالینی به کارآزمایی های بالینی طولانی و گران است.

مسیر های آینده

شخصیت های Theranostics

عوامل کنتراست نانوذرات به طور ایده آل برای کاربردهای اسانوستیک مناسب هستند - ترکیب تشخیص و درمان در یک پلت فرم واحد.به عنوان مثال، یک نانو ذرات طلایی می تواند به عنوان یک عامل کنتراست CT و همچنین به عنوان یک عامل درمان فتومال عمل کند که در آن توسط نور مادون قرمز فعال می شود، نانوذرات اکسید آهن می توانند برای هیپرتر مغناطیسی هدایت شده MRI استفاده شوند.

ادغام با هوش مصنوعی

الگوریتم های یادگیری ماشین می توانند داده های غنی، چند پارامتری تولید شده توسط تصویربرداری چند منظوره نانو ذرات را تجزیه و تحلیل کنند، به عنوان مثال، مدل های AI می توانند ناهمگنی تومور را بر اساس الگوهای کنتراست از MRI مبتنی بر چشم، یا پیش بینی پاسخ درمان از ویژگی های رادیوmics، در ترکیب با نانوذرات هدف، AI ممکن است تشخیص خودکار از امضاهای بیماری را که نامرئی به چشم انسان هستند، فعال کند.

مواد جدید و مهندسی سطح

محققان در حال بررسی نانوذرات تجزیه و تحلیل شده (به عنوان مثال، پلیمریک، پروتئین محور، یا لیپومال) هستند که در هنگام ارائه کنتراست قوی، به محصولات غیر سمی تقسیم می شوند. علاوه بر این، استفاده از نانو انحصارگران غیر آلی (به عنوان مثال، Bismuth، ytterbium یا پلاتین) راه های جدیدی برای طیف های جدید برای تشخیص و چند منظوره با تغییرات طول عمر طولانی تر و یا سلول های پلیمری را ارائه می دهد.

نتیجه گیری

عوامل کنتراست نانوذرات نشان دهنده یک تغییر پارادایم در تصویربرداری مولکولی، پر کردن شکاف بین تشخیص های آناتومی مولکولی و مولکولی است، توانایی بی نظیر آنها برای افزایش حساسیت، هدف قرار دادن نشانگرهای خاص، و کار در سراسر سیستم عامل های تصویربرداری متعدد، آنها را به عنوان یک ابزار حیاتی برای تشخیص بیماری های اولیه، برنامه ریزی درمان شخصی و نظارت درمانی تبدیل می کند.

برای مطالعه بیشتر، بررسی های معتبر در مورد طراحی ذرات برای تصویربرداری زیست پزشکی را ببینید ملاحظات سمی و ] چند منظوره سیستم عامل های ابررسانه .