Миниатюрная платформа «plug-and-play» может ускорить разработку новых PET-радиоиндикаторов

Исследовательская группа Медицинской школы Кека Университета Южной Калифорнии (Keck School of Medicine of USC) работает над созданием миниатюрной чиповой платформы “plug-and-play”, призванной значительно ускорить процесс синтеза и получения новых радиоиндикаторов для позитронно-эмиссионной томографии (PET). Проект направлен на снижение порога входа и стоимости разработки молекулярных визуализирующих зондов и получил четырёхлетний целевой исследовательский грант Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) при Национальных институтах здравоохранения США (NIH) на общую сумму 2,6 млн долларов.

Проект возглавляет доктор Кай Чэнь (Kai Chen, PhD), профессор радиологии, радиационной онкологии и фармакологии и фармацевтических наук Университета Южной Калифорнии. В клинических исследованиях учёные постоянно обнаруживают новые биомаркеры различных заболеваний, однако превращение этих мишеней в пригодные для применения PET-индикаторы зачастую сопряжено с множеством технических барьеров——процесс радиоактивного мечения биомолекул сложен и предъявляет чрезвычайно высокие требования к технологии, а традиционный подход в значительной степени зависит от крупных специализированных синтезных горячих камер и громоздкого специализированного оборудования.

Для преодоления этого узкого места в производстве команда Университета Южной Калифорнии объединила две передовые химические технологии: во-первых, “клик-химию” (Click chemistry), позволяющую осуществлять быструю и точную сборку молекул, и, во-вторых, “капельную радиохимию” (Droplet radiochemistry), использующую сверхмалые объёмы жидкости в микролитрах для высокоэффективных реакций. Исследователи тесно сотрудничают с научной группой Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), интегрируя универсальные радиоактивные структурные блоки (Building block) с различными таргетными биомолекулами в единое целое, закреплённое в миниатюрном чиповом устройстве.

Профессор Кай Чэнь отмечает, что максимальная концентрация всех этапов химического синтеза и мечения на миниатюрном чипе позволит достичь быстрого и высокоэффективного получения новых радиоиндикаторов, значительно снизив зависимость от традиционных крупногабаритных дорогостоящих установок и сложного экранирующего оборудования. В настоящее время команда уже завершила предварительную проверку концепции для ряда опухолевых таргетных индикаторов, включая индикаторы, нацеленные на белок активации фибробластов (FAP), гиперэкспрессируемый при многих злокачественных новообразованиях, а также специфические молекулярные зонды для рака печени и предстательной железы. Данные предварительных экспериментов показали, что клик-химия в микромасштабе позволяет быстро синтезировать ряд опухолевых таргетных зондов.

С получением нового раунда исследовательского финансирования эта система, как ожидается, будет способствовать переходу производства радиоиндикаторов к более высокой степени автоматизации и миниатюризации, значительно сокращая материальные и аппаратные затраты, необходимые для разработки специализированных визуализирующих зондов. Помимо точной диагностики и лечения злокачественных новообразований, данная микрофлюидная платформа в дальнейшем будет адаптирована для синтеза таргетных индикаторов других тяжёлых заболеваний, таких как нейродегенеративные заболевания, а в ближайшие несколько лет продолжится оптимизация характеристик аппаратного обеспечения и расширение охвата молекулярного скрининга.