Новые парамагнитные и люминесцентно-парамагнитные наночастицы, допированные комплексами Mn2+ и Ln3+ (Ln=Gd, Tb) в качестве контрастных агентов для МРТ и конфокальной микроскопии.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из самых широко используемых методов ранней диагностики целого ряда социально-значимых заболеваний. Использование контрастных агентов (КА) является ключевым инструментом повышения контрастности изображения, позволяющего различать здоровые и пораженные ткани. С этой проблемой успешно справляются КА на основе комплексов Gd3+, о чем свидетельствует целый ряд коммерческих КА. Побочные эффекты использования перечисленных КА поставили проблему понижения их токсического эффекта за счет использования нанопатикулярного подхода, основанного на включении молекулярных блоков в состав наночастиц, так и за счет замены ионов Gd3+ на ионы Mn2+. Реализация нанопатикулярного подхода позволяет решить две задачи: (1) замедлить поступательное и вращательное движение парамагнитных ионов в составе наночастиц, что в соответствии с известным механизмом приведет к ускорению магнитной релаксации протонов молекул воды, взаимодействующих с парамагнитными ионами; (2) замедлить обмен парамагнитных ионов на ионы кальция и других биогенных металлов в биосреде. Ионы Mn2+ относятся к биогенным и их применение в составе КА приводит к меньшим побочным эффектам. Однако, различия в электронном строении Mn2+ с электронной конфигурацией d5 и Gd3+ (f7) делает любые структуры на основе Mn2+ менее эффективными с точки зрения контрастирующего эффекта по сравнению с аналогичными структурами на основе Gd3+. Настоящий проект является междисциплинарным научным исследованием, направленным на решение актуальной фундаментальной проблемы разработки биосовместимых наноматериалов на основе комплексных соединений Mn2+ с высокими релаксометрическими характеристиками для использования в качестве инновационных МРТ контрастных агентов, а также выработке стратегий оптимизации их функциональных свойств для достижения оптимального баланса высокой релаксивности и низкой цитотоксичности. Новизна предлагаемого проекта состоит в использовании комплексов, а не оксидов и сульфидов марганца в качестве молекулярных блоков наночастиц. При этом, выбор лигандов позволит не только прочно связать ионы Mn2+, но и позволит генерировать процесс их агрегации в водных растворах по методикам смены растворителя и формирования нанокристаллитов нерастворимых в воде комплексов. Для этого предполагается впервые для Mn2+ использовать макроциклические 1,3-дикетоны, а также гексарениевые халькогенидные гексацианидные кластеры в качестве органических и неорганических лигандов. В качестве альтернативного подхода будет использоваться также допирование водорастворимых комплексов Mn2+ в силикатные наночастицы. Оптимизация релаксивности наночастиц будет достигнута за счет: (1) варьирования структуры металлокомплексных блоков, составляющих наночастицы, (2) создания гетерометаллических Mn2+-Gd3+ наночастиц, магнитно-релаксационными и биомедицинскими характеристиками которых можно будет управлять за счет варьирования мольного соотношения ионов Mn2+ и Gd3+, (3) варьирования размерных и коллоидных характеристик наночастиц для контроля доли поверхностных ионов Mn2+, обеспечивающих наибольший вклад в релаксивность. Отдельное внимание в проекте будет уделено изучению токсичности полученных материалов по отношению к нормальным и опухолевым клеткам, а также клеточной интернализации Mn2+-cодержащих наночастиц. Визуализация процессов их клеточной интернализации и внутриклеточной локализации будет реализована с использованием Mn2+-содержащих люминесцентных наночастиц, люминесцентные свойства которых обусловлены природой неорганического лиганда или введением люминесцентных Tb3+ ионов в состав Mn2+-содержащих наночастиц. Для наночастиц-лидеров будет выявлена их способность контрастировать ткани крыс с помощью имеющегося у коллектива портативного (hand-made) низкопольного томографа.