Рак будут лечить с помощью оксида железа

Международная группа ученых разработала новый подход для безопасного лечения онкологических заболеваний. В его основе – взаимодействие резонансных полупроводниковых наночастиц оксида железа со светом. Это позволит высвобождать противораковые вещества непосредственно в области опухоли, минимизируя их воздействие на здоровые ткани и снижая тем самым количество побочных эффектов.
Частицы с предварительно загруженным в них противоопухолевым препаратом вводят в организм, после чего они накапливаются в районе опухолевых очагов. Чтобы обеспечить неинвазивное высвобождение лекарства, носитель этих частиц должен быть светочувствительным. С этой целью полимерные капсулы можно модифицировать резонансными полупроводниковыми наночастицами оксида железа. Под воздействием света они нагреваются, способствуя высвобождению лекарственного средства.

Многие из существующих противораковых препаратов успешно борются с опухолями. Но, увы, часто они оказывают воздействие не только на раковые клетки и ткани, но и на здоровые, что приводит к неблагоприятным побочным реакциям. В такой ситуации очевидна необходимость в новых подходах к терапии рака. Действенным способом преодолеть этот весомый недостаток может стать доставка терапевтических веществ при помощи микро- и наночастиц, которые позволяют накапливать большие объемы лекарств в области опухоли с минимальной концентрацией этих токсичных веществ в других участках тела.
К преимуществам наночастиц оксида железа также относят их способность выступать в роли не только эффективного нанонагревателя, но и локального нанотермометра. Это означает, что при нагревании частиц специалисты могут следить за температурой, не допуская таким образом перегрева здоровых тканей.

«Мы проверили этот метод в лабораторных условиях на стволовых и раковых клетках, – говорит Михаил Зюзин, исследователь физико-технического факультета Университета ИТМО в Санкт-Петербурге. – Стволовые клетки тут использовались как модели здоровых клеток, а раковые – как пример больных. В итоге лекарство воздействовало на облучаемые лазером дефектные клетки, почти не оказывая токсического влияния на здоровые ткани. Стволовые клетки, использовавшиеся как контрольные, также пережили эксперимент, что означает, что злокачественные клетки были уничтожены высвобожденными лекарственными веществами. Это и послужило толчком к созданию эффективных светочувствительных систем доставки токсичных соединений».
Эти системы также могут использоваться в качестве локальных нанотермометров, что говорит об их многофункциональности.

«Наночастицы тут выполняют функцию и преобразователей света, и своеобразного термометра. Точно измерить температуру в таких крошечных зонах чрезвычайно трудно. К примеру, есть методы, использующие краски, которые при достижении определенной отметки нагрева выгорают и прекращают светиться. Единственное, что мы можем понять с помощью традиционных методик: эта температура выше определенного значения или ниже. Но мы не можем получить более детальной информации, – поясняет аспирант физико-технического факультета ИТМО Георгий Зограф.
Полупроводниковые наночастицы, в свою очередь, могут успешно поглощать свет и трансформировать его в тепло. Благодаря этому частота колебаний их кристаллической решетки изменяется, из-за чего свет рассеивается несколько по-другому. Мы можем использовать эти изменения, чтобы понять, насколько сильно мы нагрели наночастицы, зафиксировав эти показатели специальным оптическим прибором».

Международная команда

В 2017 году Георгий Зограф под руководством профессора Сергея Макарова опубликовал научную работу, посвященную оптически индуцированному нагреву и одновременному измерению температуры резонансных полупроводниковых наночастиц. Некоторое время спустя к команде присоединился научный сотрудник физико-технического факультета ИТМО Михаил Зюзин, специализирующийся на биофизических исследованиях. С его помощью они смогли применить ранее изучаемые эффекты в области биологии и медицины, касающиеся, в частности, доставки лекарственных соединений.
Интернациональная группа специалистов в области физики, химии и биологии провела междисциплинарное исследование, посвященное неинвазивному высвобождению лекарств, заключенных в полимерные капсулы, под действием светового излучения. Команда из Университета ИТМО занималась синтезом и оптической характеризацией наночастиц оксида железа и полимерных капсул. Их коллеги из Франции отвечали за структурную диагностику синтезированных материалов. Китайские исследователи помогли визуализировать процесс высвобождения биологически активных соединений из капсул под действием лазера. И, наконец, ученые из Первого Санкт-Петербургского государственного медуниверситета им. Павлова протестировали возможность доставки противораковых соединений в злокачественные клетки.

Ученые намереваются продолжить работу и улучшить текущие результаты. У них в планах провести доклинические испытания технологии на животных в следующем году.