РЕНТГЕНОКОНТРАСТНОЕ МАГНИТНОЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО НА ОСНОВЕ ТРЁХКОМПОНЕНТНОЙ НАНОСИСТЕМЫ
Аннотация
В настоящее время совершенствование методов ранней диагностики онкологических заболеваний является актуальной задачей. С развитием науки появляется все больше путей для ее решения. Наиболее важным на данный момент являются методы магнитно-резонансной и компьютерной томографии, которые позволяют визуализировать новообразования размером менее 1 см. Для увеличения эффективности данных методов используют рентгеноконтрастные и магнитно-резонансные контрастные препараты, позволяющие более точно визуализировать и идентифицировать различные новообразования, поэтому разработка новых рентгеноконтрастных и магнитно-резонансных контрастных препаратов является очень важным направлением. Целью данной работы являлась разработка рентгеноконтрастного магнитного диагностического средства на основе трёхкомпонентной наносистемы Fe3O4-Au-SiO2. С помощью нейросетевого моделирования была проведена оптимизация процесса синтеза наносистемы Fe3O4-Au-SiO2. Оптимальные условия синтеза трёхкомпонентной наносистемы с диаметром менее 150 нм: ν(Fe3O4) = 0,0012-0,0015 моль, V(HAuCl4) = 25-35 см3, С(Na3C6H5O7∙5,5H2O) = 0,08-0,011 моль/дм3. По результатам рентгенофазового анализа установлено, что в оптимизированном образце трехкомпонентной наносистемы присутствуют кристаллические фазы двойного оксида железа (Fe3O4), золота (Au) и аморфная фаза диоксида кремния (SiO2). Результаты ИК-спектроскопии подтвердили факт формирования трёхкомпонентной системы Fe3O4-Au-SiO2. Результаты исследования рентгеновской плотности показали, что разные слои трёхкомпонентной наносистемы Fe3O4-Au-SiO2 обладают разной рентгеновской плотностью: ядро, состоящее из наночастиц Fe3O4, имеет рентгеновскую плотность от 3000 HU до 4000 HU в зависимости от размеров ядра; слой, сформированный наночастицами Au, обладает рентгеновской плотностью от 9000 HU до 10000 HU в зависимости от размеров слоя; слой, состоящий из диоксида кремния, имеет рентгеновскую плотность от 100 HU до 950 HU. Исследование магнитных свойств позволило установить нелинейное понижение намагниченности насыщения с 0,17 кA/м до 0,01 кA/м, а магнитной восприимчивости – с 0,0026 отн. ед. до 0,0002 отн. ед. при изменении соотношения компонентов наносистемы Fe3O4-Au-SiO2.
Литература
Kaprin A.D., Starinsky V.V., Petrova G.V. The state of cancer care for the population of Russia in 2016. 2017. P. 236. (in Russian).
Kaprin A.D., Starinsky V.V., Petrova G.V. The state of cancer care for the population of Russia in 2017. 2018. P. 236. (in Russian). DOI: 10.17116/onkolog2019801132.
Przhedetskaya N.V., Przhedetsky Y.V. digitalization as a basis for ensuring the competitiveness of oncological services in Russia. Bulletin of the Rostov State University of Economics (RSUE). 2020. N 1 (69). P. 51-55. (in Rus-sian).
Vikulova, Y.V. Multispiral. Computed tomography in the diagnosis of tumors of the oral cavity and oropharynx. Radiation diagnostics and therapy. 2012. N 2(3). P. 40-43. (in Russian).
Androsyuk K.L., Plavskaya O.K. Prognostic value of pri-mary tumor visualization during radiation therapy of laryngeal cancer. 2013. P. 18-19. (in Russian).
Morris E.D., Ghanem A.I., Pantelic M.V., Walker E.M., Han X., Glide-Hurst C.K. Cardiac substructure segmenta-tion and dosimetry using a novel hybrid magnetic resonance and computed tomography cardiac atlas. Interna-tional Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 2019. V. 103. N 4. P. 985-993.
Krylova A.I., Sotnikova E.A., Golbits A.B. Radiation studies with contrast enhancement in children. Pediatrician. 2016. V. 7. N. 1. (in Russian). DOI: 10.17816/PED71111-119.
Kit O.I., Zakharova N.P., Salatov R.N., Ausheva T.V., Andreiko E.A. A method for diagnosing soft tissue tu-mors. 2012. №2465825 (in Russian).
Hu H. Recent Advances of Bioresponsive Nano-Sized Contrast Agents for Ultra-High-Field Magnetic Resonance Imaging. Front. Chem. 8:203. 2020. DOI: 10.3389/fchem.2020.00203. DOI: 10.3389/fchem.2020.00203.
Schmidt G., Reiser M., & Baur-Melnyk A. Whole-Body Imaging of Bone Marrow. Seminars in Musculoskeletal Radiology. 2009. N. 13(02). P. 120–133. DOI:10.1055/s-0029-1220883.
Kather J. N. Weidner A., Attenberger U., Bukschat Y., Weis C.-A., Weis M., Schad L.R. Zöllner F.G. Color. Color-coded visualization of magnetic resonance imaging multiparametric maps. Scientific reports. 2017. V. 7. N. 1. P. 1-11. DOI:10.1038/srep41107.
Edelman R.R. The History of MR Imaging as Seen through the Pages of Radiology. Radiology. 2014. N. 273(2S). P. 181–S200. DOI: 10.1148/radiol.14140706.
Cyran C.C., Paprottka P.M., Eisenblätter M. Visualiza-tion. Imaging and new preclinical diagnostics in radiation oncology. Radiat Oncol. 2014. V. 9. N. 1. P. 1-15. DOI: 10.1186/1748-717X-9-3
.Bychkovsky P.M. Gold nanoparticles: synthesis, proper-ties, biomedical applicationRussian Biotherapeutic Journal. 2011. V. 10. N 3. (in Russian).
Agafonov D.A. Silver and gold nanoparticles as medicinal products. Collection of articles of the All-Russian student scientific and practical conference with international participation «Topical issues of pharmaceutical and natural sciences». 2020. P. 162-164.
Giasuddin A.S. M., Jhuma K.A., Haq A.M. M. Use of gold nanoparticles in diagnostics, surgery and medicine: a review. Bangladesh Journal of Medical Biochemistry. 2012. V. 5. N 2. P. 56-60. (in Russian).
Tian L. Radiopaque resorbable inferior vena cava filter infused with gold nanoparticles. Scientific reports. 2017. V. 7. N 1. P. 1-10.
Bao Y., Sherwood J.A., Sun Z. Magnetic iron oxide nano-particles as T 1 contrast agents for magnetic resonance imaging .Journal of Materials Chemistry C. 2018. V. 6. N 6. P. 1280-1290.
Shen Z. Chen T., Ma X., Ren W., Zhou Z., Zhu G., Zhang A., Liu Y., Song J., Li Z., Ruan H., Fan W., Lin L., Mu-nasinghe J., Chen X., Wu A. Multifunctional theranostic nanoparticles based on exceedingly small magnetic iron oxide nanoparticles for T 1-weighted magnetic resonance imaging and chemotherapy. ACS nano. 2017. V. 11. N 11. P. 10992-11004. DOI: 10.1021/acsnano.7b04924.
Wahsner J., Gale E. M., Rodríguez-Rodríguez A., Cara-van P. Chemistry of MRI Contrast Agents: Current Chal-lenges and New Frontiers. Chemical Reviews. 2018. N. 119 (2). P. 957-1057. DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00363
Taukulis R., Widdrat M., Kumari M., Heinke D., Rumpler M., Tompa E., Uebe R., Kraupner A., Cebers A., Sculer D., Posfai M., Hirt A.M., Faivre D. Magnetic iron oxide nanoparticles as MRI contrast agents-a comprehensive physical and theoretical study. Magnetohydrodynamics. 2015. V. 51. N 4. P. 721-747.
Bogdanov Jr, A., Mazzanti M.L. Molecular Magnetic Resonance Contrast Agents for the Detection of Cancer: Past and Present. Seminars in Oncolog. 2011. V. 38(1). P. 42–54. DOI: 10.1053/j.seminoncol.2010.11.002.
Nosrati H., Salehiabar M., Fridoni M., Abdollahifar M.-A., Manjili H.K., Davaran S., Danafar H. New insight about biocompatibility and biodegradability of iron oxide magnetic nanoparticles: stereological and in vivo MRI monitor. Scientific reports. 2019. V. 9. N 1. P. 1-10. DOI: 10.1038/s41598-019-43650-4.
Blinov A.V. Neural network study of the influence of synthesis parameters on the dimensional characteristics of Fe3O4 nanoparticles. Physico-chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials. 2019. N 11. P. 298-306.
Blinov A.V., Blinova A.A., Kravtsov A.A., Gvozdenko A.A., Kobina A.V., Momot E.V. Synthesis of multicomponent systems based on silicon dioxide and noble metal nano-particles. AIP Conference Proceedings: XV International Scientific-Technical Conference «Dynamics of Technical Systems», DTS 2019, Rostov-on-Don, 11 September 13, 2019. – Rostov-on-Don: American Institute of Physics Inc., 2019. P. 040011. DOI 10.1063/1.5138420.
Gvozdenko A.A., Blinov A.V., Yasnaya M.A., Golik A.B., Raffa V.V., Kramarenko V.N., Maglakelidze D.G., Shevchenko I.M. Computer quantum-chemical modeling of multicomponent SiO2-MexOy systems. 2020. N. 12. P. 394-404. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.394.
Malinovsky V.K. Study of amorphous states of SiO2 by raman scattering of light. Solid State Physics. 2000. V. 42. N 1. P. 62-68. (in Russian).
Ilves V.G., Zuev M.G., Sokovnin C.Yu Murzakaev A.M. Properties of an amorphous silicon dioxide nanopowder obtained by pulsed electron evaporation. Solid State Physics. 2015. V. 57. N 12. P. 2439-2445. (in Russian).
Karamipour, S., Sadjadi, M. S., & Farhadyar, N. Fabrication and spectroscopic studies of folic acid-conjugated Fe3O4@ Au core–shell for targeted drug delivery applica-tion. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Bio-molecular Spectroscopy. 2015. V.148. P. 146-155. DOI:10.1016/j.saa.2015.03.078.
Wei G., Shu X., Zhang Z., Luo F., Liu Y., Li B., Lu X. Role of amorphous silica gel in B2O3-Bi2O3-ZnO-SiO2 to immobilize iodine waste. Journal of Nuclear Materials. 2021. V 543. P. 152619. DOI:10.1016/j.jnucmat.2020.152619.
Yastrebinskii, R.N., Bondarenko, G.G., Pavlenko, A.V. Synthesis of stable bismuth silicate with sillenite structure in the Na2O–Bi2O3–SiO2 system. Inorganic Materials: Applied Research. 2018. V. 9. N. 2. P. 221-226. DOI:10.1134/s2075113318020326.
