В мире насчитывается около 2,5 млн больных рассеянным склерозом (РС) [1].

В настоящее время разработаны четкие критерии постановки диагноза рассеянного склероза (РС), основанные на анализе жалоб больного, неврологического статуса данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) и других методов (иммунологические, нейрофизиологические) (табл. 1) [2]. Наиболее информативным инструментальным методом диагностики РС считается МРТ [3, 4], которая позволяет визуализировать патологические очаги в ткани мозга [5]. Благодаря этому методу была подтверждена многоочаговость поражения центральной нервной системы при РС [6—10]. Для анализа данных МРТ разработаны соответствующие диагностические критерии (табл. 2). Применение контрастного вещества (КВ) при проведении МРТ помогает не только в первичной диагностике РС, но и в оценке динамики развития заболевания. Введение К.В. позволяет дифференцировать степень зрелости очагов: в активных очагах происходит накопление КВ, а увеличение размера старого очага сопровождается его накоплением по периферии. В то же время применение современных КВ при РС в рекомендованной дозе (0,1 ммоль/кг) зачастую не эффективно, а повышение дозы ведет к увеличению частоты возникновения побочных эффектов [11]. Для решения этой проблемы применяют различные методы [12] и режимы сканирования [13—19], а также разрабатывают новые КВ (высокорелаксивные хелаты гадолиния, наночастицы оксида железа, макромолекулярные конъюгаты, векторные препараты), способные с более высокой чувствительностью визуализировать патологические очаги при РС и повышать точность диагностического заключения [20, 21].

Преимуществами МРТ являются неинвазивность, отсутствие лучевой нагрузки и возможность визуализации мелких патологических очагов. Тем не менее существуют патологические процессы, которые могут быть визуализированы только при использовании К.В. Проведение МРТ с КВ увеличивает возможности визуализации очагов воспаления, опухолей, атеросклеротических бляшек, мелких участков некроза и др. [22, 23].

Применение МРТ в настоящее время является обязательным условием диагностики РС. КВ ускоряют процессы релаксации протонов воды в окружающей ткани, влияя на усиление контрастирования, и делятся на два класса: Т1-контрастные (укорачивают спин-решеточное Т1 время релаксации) и Т2-контрастные (укорачивают спин-спиновое Т2 время релаксации) агенты. Т1-агенты называют еще позитивными КВ, потому что доминирующий T1-снижающий эффект приводит к увеличению интенсивности сигнала в ткани (рис. 1). T2-КВ — или отрицательные КВ — в значительной степени избирательно увеличивают 1/T2 ткани, что приводит к снижению интенсивности сигнала. Парамагнитные К.В. на основе гадолиния и марганца — это примеры T1-агентов [24, 25], в то время как магнитные наночастицы оксида железа являются примерами T2-КВ [26].

Частицы оксида железа интересны в качестве Т2-КВ, благодаря ферромагнитным свойствам оксида железа. Однако из-за больших размеров частиц (до нескольких микрон) их нельзя вводить внутривенно, так как это может привести к эмболизации сосудов. Подобные частицы могут применяться только при контрастировании желудочно-кишечного тракта [27]. При переходе в наноразмерное состояние изменяется структура кристаллов оксида железа, вследствие чего полученные частицы становятся однодоменными и приобретают свойства суперпарамагнетиков. На физико-химические свойства магнитных наночастиц влияют два основных параметра: размер ядра и способ покрытия частиц [28]. Покрытие наночастиц оксида железа различными полимерами или макромолекулами позволяет не только увеличить релаксивность (способность вещества к сокращению времени релаксации координированных протонов воды), оно необходимо также для уменьшения токсичности препаратов и повышения стабильности самих частиц в водных растворах. Как правило, частицы без оболочки нерастворимы в воде, что существенно ограничивает их применение. Увеличение релаксивности возможно при увеличении размера частиц при том условии, что количество железа остается прежним [29].

Несмотря на то что в клинике используются оба КВ, в большинстве МРТ-исследований с контрастированием используют препараты гадолиния [30]. Современные К.В. на основе гадолиния имеют ряд недостатков, среди которых, например, низкая релаксивность, нефротоксичность [31] и быстрая элиминация из организма [32]. Один из способов улучшения релаксивности Т1-КВ — это применение хелатирующих агентов с большим координационном числом [33]. Спустя несколько лет после успешного применения магневиста (гадопентетовая кислота), появились новые КВ на основе гадолиния: проханс (гадотеридол), омнискан (гадодиамид), оптимарк (гадоверсетамид) [34] и позже дотарем (гадотеровая кислота) [35]. На сегодняшний день разработаны различные хелатные комплексы с улучшенными значениями релаксивности. Они представлены на рис. 2.

Релаксивность хелатных комплексов гадолиния может быть улучшена за счет создания новых макромолекулярных комплексов, несущих КВ [36, 37]. Это позволяет связать несколько хелатных комплексов гадолиния вместе и тем самым увеличить время корреляции протонов воды вокруг КВ, что ведет к увеличению релаксивности и повышению контраста изображения [14]. КВ могут быть ковалентно связаны с «носителем» (полимер [38], дендример и др. [39, 40]) или нековалентно включены в его структуру (мицеллы [41, 42], липосомы [43]). За счет пролонгированного действия макромолекулярных КВ можно улучшить визуализацию при введении меньшей дозы [44, 45].

Для улучшения контрастирования при определенных заболеваниях используется ткане- или органоспецифичная доставка диагностических препаратов (векторные препараты) [46]. Это возможно путем конъюгирования КВ с различными векторными молекулами — антителами, аптамерами, рецепторами, лигандами и др., комплементарно активные молекулы которых гиперэкспрессируются на клетках при различных патологических процессах, в том числе и при РС [47]. Рациональный подход заключается в том, чтобы оптимизировать свойства векторных КВ (релаксивность, аффинность к маркерам заболевания) и доставить их к патологическому очагу [36].

В настоящее время стремительно развивается и магнитно-резонансная спектроскопия (МРС), позволяющая оценить биохимические изменения в тканях у пациентов с различными заболеваниями, в том числе с РС. Магнитно-резонансные спектры отображают процессы метаболизма; с помощью анализа электромагнитной реакции ядер атомов водорода (Н1) на возбуждение их определенной комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряженности возможно определять количество N-ацетиласпартата в нейронах головного мозга или количество холина в клеточных мембранах [48]. Соединения фосфора Р31 применяются главным образом для изучения обмена веществ на клеточном уровне, а молекулы углерода С13 — для мониторинга метаболизма глюкозы. Нарушения данных процессов позволяют на ранних стадиях заподозрить наличие заболевания до появления клинически значимых симптомов. Другими перспективными способами диагностики РС являются получение и анализ диффузионно-взвешенных изображений [49, 50] и МРТ-термометрия [51]. Однако основополагающим методом для постановки диагноза остается стандартная МРТ с применением КВ.

Методические подходы к визуализации пораженных очагов белого вещества головного мозга в целом делятся на две большие группы, в зависимости от способа введения препаратов: тканеинвазивные (с трепанацией черепа) и тканенеинвазивные/минимально инвазивные (внутривенное введение). Первые, как правило, экспериментальные и применяются при решении прикладных задач [22, 52, 53]. Одним их них являются микроинъекции агентов в выбранных областях мозга. Примером может служить марганец-усиленная МРТ, при которой используют накопление ионов Mn²⁺ в активных зонах головного мозга и сердца за счет проникновения Mn²⁺ в возбудимые клетки через напряжение закрытых кальциевых каналов, что ведет к увеличению T1-контраста на изображении [54]. Прямой впрыск MnCl2 в специфические области мозга позволяет не только визуализировать нейронные сети, но и их специализированные разновидности — обонятельные, зрительные и соматические пути.

Другим примером является применение дихромата калия K2Cr2O7. Внутрижелудочковые микроинъекции низкой дозы дихромата калия дают специфическую визуализацию белого вещества на T1-взвешенных изображениях МРТ мозга мыши in vivo. Это позволяет получать выраженное и стойкое увеличение сигнала в богатых белым веществом участках мозга, например в мозолистом теле. После введения КВ на основе Cr (VI) происходит его восстановление до Cr (V) или Cr (III) путем окисления липидов миелина. Вследствие этого процесса происходит специфическая визуализация белого вещества и неспецифически повышается контраст серого вещества в таких структурах, как гиппокамп. Таким образом, этот метод позволяет визуализировать также и другие области, которые отличаются от той, которая получена с помощью инъекции Mn²⁺ [55].

Мечение клеток иммунной системы или нейральных стволовых клеток с помощью наночастиц оксида железа используется при изучении эффективности клеточной терапии РС [56—58]. Для этого наночастицы оксида железа конъюгируют с поли-L-лизином для эффективной трансфекции и инкубируют с Т-клетками в течение 24 ч. После чего меченые Т-клетки вводят животным, как правило, в желудочки головного мозга и анализируют накопление на Т2-взвешенных изображениях, а также используя другие протоколы МРТ (3D, 3D RARE) [59].

Несмотря на успешное применение подобных КВ в экспериментах на животных, внутрижелудочковое введение препаратов пациентам с подозрением на РС не представляется перспективным в связи с необходимостью трепанации черепа. С точки зрения практического применения интересны разработки КВ с минимально инвазивным способом введения (внутривенное, интраназальное и др.). При внутривенном введении улучшение контраста изображения достигается, когда одна ткань имеет более высокую аффинность к препарату или лучше васкуляризирована, чем другая. Патологические ткани, такие как опухоли или демиелизированные нервные волокна, метаболически отличаются от здоровых тканей и гораздо лучше захватывают КВ, в результате чего МР-томограммы получаются более контрастными. Кроме этого, при РС наблюдается повышенная проницаемость гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), что также позволяет улучшить визуализацию на Т1-взвешенных томограммах с помощью не только низкомолекулярных, но и макромолекулярных КВ [60, 61].

Хелаты гадолиния (омнискан, гадовист, магневист) широко используются для визуализации Р.С. Они, как правило, эффективны лишь в высокой дозе (0,2—0,4 ммоль/кг), что повышает риск возникновения побочных эффектов [11, 62]. В некоторых странах для визуализации бляшек при РС разрешено применение контрастных агентов на основе наночастиц оксида железа: Аmi-227 (Sinerem), Feridex и др. Сравнение с препаратами на основе хелатов гадолиния было показано, что в большинстве исследований наночастицы оксида железа в меньшей степени эффективны для визуализации процесса РС, что может быть связано с размером частиц и недостаточной проницаемостью ГЭБ [63].

Увеличение специфичности и релаксивности КВ позволяет не только улучшить визуализацию очагов демиелинизации, но и уменьшить дозу, а значит вместе с ней и токсичность действия на организм. Специфичные К.В. можно разделить на два класса: пассивно направленные на определенный тип клеток (пассивная доставка), и активно ориентированные на молекулярный центр связывания с соответствующим лигандом (активная доставка). Специфичность пассивной доставки агентов основана главным образом на размере КВ и его химической структуре. Вторая группа КВ основана на распознавание конкретных молекулярных маркеров этих процессов на поверхности клеток, таких как клеточно-специфические рецепторы или транспортные белки.

Примером разработок в области пассивной доставки могут быть исследования G. Cavaletti и соавт. [64] по доставке липосом. Авторы вводили крысам с экспериментальным аллергическим энцефаломиелитом (ЭАЭ) разнозаряженные липосомы (с положительным или отрицательным зарядом) и наблюдали селективное накопление катионизированных липосом в очагах демиелинизации по сравнению с анионными контейнерами. В качестве контроля препараты были введены здоровым особям с интактным ГЭБ.

Примерами исследований в области активной доставки могут быть наночастицы железа, конъюгированные с антителами к CD3+ клеткам, которые визуализировали патологические очаги демиелинизации [66]. Кроме этого, в качестве векторных групп для доставки были исследованы моноклональные антитела к anti-VCAM-1 [67] и anti-ICAM1 [68]. Для доставки к VCAM-1 положительным клеткам использовались магнитные наночастицы оксида железа [69]. КВ вводили на 8, 12 и 15-е сутки после иммунизации в модели ЭАЭ и сравнивали количество очагов, визуализированных с помощью VCAM-1-векторных магнитных наночастиц и КВ на основе хелатов гадолиния. Отмечено, что полученные КВ способны визуализировать очаги демиелинизации до появления клинических признаков заболевания (на 8-й день после иммунизации), что может быть полезно при ранней диагностике РС.

H. Zhang и соавт. [70] разработали парамагнитные липосомы, на поверхность которых через полимерный линкер были конъюгированы хелатные комплексы гадолиния и антитела к белкам адгезивных контактов anti-ICAM-1 [25]. Полученные парамагнитные липосомы имели релаксивность 8,7 мМ^–1сек^צ1 при 2,0 Т (например, релаксивность магневиста 3,4 мМ^–1сек^–1 при 1,0 T). Мышам с ЭАЭ вводили специфические липосомы (1,2 мг Gd/кг; 0,89 мг mAb anti-ICAM-1/кг), конъюгированные с флуоресцентным красителем Texas Red, и через 24 ч фиксировали и извлекали головной мозг для оценки накопления в нем разработанных агентов с помощью конфокальной микроскопии, а также для получения Т1-взвешенных изображений на МР-томографе. Результаты ex vivo экспериментов, полученные с помощью конфокальной микроскопии, показали накопление anti-ICAM-1 липоcом в сосудах мозжечка вокруг очага воспаления: в коре мозжечка (32%), в коре полушарий (28%), а также в белом веществе мозжечка (18%) [69—71]. Вводимая исследователями маленькая доза КВ (0,07 ммоль Gd/кг против 0,1 ммоль Gd/кг в клинике) делает разработку перспективной, однако остается большая вероятность того, что данной дозы будет недостаточно для эффективности в исследованиях in vivo.

В качестве перспективной мишени исследователи рассматривают миелопероксидазу. R. Forghani и соавт. [47] синтезировали КВ путем конъюгации миелопероксидазы с Gd-DTPA и вводили животным на 10-е сутки после иммунизации в дозе 0,3 ммоль Gd/кг. Данный протокол позволял успешно визуализировать очаг воспаления и инфильтрацию миелоидных клеток в контрольной группе и группе, подвергшейся лечению ЭАЭ ингибитором миелопероксидазы.

Векторные конструкции, селективно визуализирующие миелин, были разработаны Z. Frullano и соавт. [72—73] на основе ковалентного конъюгирования с хелатами гадолиния (рис. 3). Полученные К.В. обладали значениями Т1-релаксивности в 1,5 раза выше коммерческих аналогов, таких как Gd-DTPA или Gd-DOTA и составляли 5,7 ммоль^–1с^–1 при 9,4 T. Селективность связывания обеспечивалась за счет стилбена с компонентами миелина.

Нет сомнений в том, что МРТ занимает ведущее место в диагностике Р.С. Введение К.В. при проведении МР-исследования существенно позволяет повысить точность постановки диагноза, а также оценить динамику и исход заболевания. Большинство К.В. для МРТ являются низкомолекулярными хелатами гадолиния, снижающими Т1-время релаксации протонов, что приводит к увеличению сигнала в тканях (позитивное КВ). Также разрабатываются Т2-КВ, которые увеличивают 1/Т2 время релаксации протонов и приводят к уменьшению сигнала в ткани (отрицательное КВ). Разработки новых КВ направлены прежде всего на повышение значений релаксивности по сравнению с существующими коммерческими аналогами, уменьшению гепато- и нефротоксичности и увеличению времени элиминации из организма. Это достигается путем связывания нескольких хелатных комплексов гадолиния вместе, что ведет к увеличению времени корреляции протонов воды вокруг КВ, а в дальнейшем к увеличению релаксивности и повышению контраста изображения. Улучшение значений релаксивности возможно также путем конъюгации гадолиния с хелатирующими агентами с высоким координационным числом. Решить проблему токсичности, а также улучшить визуализацию конкретных заболеваний позволит органо- и тканеспецифичная доставка (векторные препараты).

В целом все КВ для визуализации РС можно разделить на тканеинвазивные и нетканеинвазивные. Все они в той или иной степени позволяют специфически контрастировать белое вещество (миелиновые волокна) головного мозга. Они отличаются от коммерческих аналогов высокой молекулярной массой (в случае наночастиц оксида железа до нескольких млн дальтон), что позволяет увеличить время их полувыведения в крови; обладают высокой специфичностью связывания с рецепторами, активно экспрессированными в очагах демиелинизации, что ведет к уменьшению вводимой дозы препаратов и, как следствие, снижению токсического эффекта. К недостаткам разрабатываемых КВ стоит отнести их высокую стоимость, особые требования к хранению и возможность иммунотоксического эффекта векторных конъюгатов на основе антител. Тем не менее научное направление, базирующееся на разработке технологий получения векторных контрастных агентов для МРТ диагностики РС, следует признать перспективным.