Разработка миниатюрной платформы «plug-and-play» ускоряется, что может произвести революцию в процессе приготовления новых трейсеров для позитронно-эмиссионной томографии

Научно-исследовательская группа Медицинской школы Кека Университета Южной Калифорнии (Keck School of Medicine of USC) разрабатывает миниатюрную микрофлюидную платформу «plug-and-play», призванную значительно ускорить синтез и цикл разработки новых радиоактивных трейсеров для позитронно-эмиссионной томографии (Positron Emission Tomography, PET). Проект получил четырёхлетнее целевое финансирование в размере 2,6 млн долларов США от Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB) при Национальных институтах здравоохранения США (NIH).

Под руководством доктора Кая Чэня (Dr. Kai Chen), профессора радиологии, радиационной онкологии и фармацевтических наук Университета Южной Калифорнии, команда стремится создать универсальную систему синтеза, которая позволит точно связывать универсальные радиоактивные молекулярные строительные блоки с различными биологическими таргетными молекулами для быстрого получения новых молекулярных визуализационных зондов. Несмотря на то что биомедицинское сообщество постоянно открывает потенциальные биомаркеры (Biomarkers) заболеваний, их быстрое превращение в клинические PET-трейсеры сопряжено с чрезвычайно высокими техническими барьерами: традиционные процессы радиоактивного мечения биомолекул сложны и трудоёмки, а также долгое время сильно зависят от громоздкого и дорогостоящего специализированного экранирующего оборудования и условий специализированных лабораторий.

Для преодоления этого отраслевого узкого места команда Университета Южной Калифорнии совместно с исследователями Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) интегрировала две передовые технологии химического синтеза — клик-химию (Click chemistry) и капельную радиохимию (Droplet radiochemistry) — в миниатюрное чиповое устройство размером с ноготь. Клик-химия обеспечивает сверхбыстрое связывание функциональных молекул, а микрокапельная радиохимия позволяет эффективно проводить радиоактивные реакции в сверхмалых объёмах — нанолитрах или микролитрах, что позволяет в значительной степени отказаться от зависимости от традиционных тяжёлых автоматизированных синтезных горячих камер и крупногабаритного приборного оборудования.

В настоящее время исследовательская группа уже провела доказательные исследования концепции на нескольких опухолевых таргетных трейсерах, включая зонды, нацеленные на белок активации фибробластов (Fibroblast Activation Protein, FAP), который высоко экспрессируется при многих злокачественных опухолях, а также специфические молекулярные зонды для рака печени и предстательной железы. Предварительные эксперименты подтвердили, что с помощью клик-химии можно быстро получать радиоактивные зонды для различных опухолевых маркеров в микромасштабе; новое полученное финансирование будет направлено на дальнейшее расширение спектра биологических мишеней и совершенствование инженерной аппаратной платформы.

В будущем эта чиповая платформа может способствовать переходу разработки радиоактивных трейсеров к полностью автоматизированным операциям, многократно сокращая аппаратные затраты и расход реагентов, необходимые для скрининга новых препаратов и приготовления зондов. Помимо точной диагностики и лечения злокачественных опухолей, данный технологический подход может быть гибко перенесён на синтез трейсеров для молекулярных мишеней нейродегенеративных заболеваний и сердечно-сосудистых патологий. Исследовательская группа планирует в течение следующих двух лет системно оптимизировать структуру микрофлюидного чипа и завершить загрузку и валидацию in vivo более масштабной библиотеки молекулярных зондов.