Наночастицы висмута для повышения эффективности онкотерапии синтезировали исследователи Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ). Применение частиц значительно усиливает действие протонного излучения на клетки рака и помогает повысить качество диагностики злокачественных опухолей с помощью рентгеновского сканирования.
Исследование проведено университетом в составе междисциплинарной коллаборации крупных научных центров в рамках федеральной научно-технической программы «Развитие синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры» при поддержке Минобрнауки РФ. Масштабное объединение включает Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН как ведущую организацию, Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Институт биоорганической химии им. ак. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба (филиал НМИЦ радиологии Минздрава России). Большую роль в достижении исследовательского успеха сыграли богатый опыт и достижения МИФИ в области синтеза и функционализации инновационных наноматериалов. Статья о результатах проекта опубликована в высокорейтинговом научном журнале Materials Today Nano.
В лаборатории бионанофотоники НИЯУ МИФИ.
Фото: НИЯУ МИФИ
Наночастицы висмута для борьбы с раком были синтезированы учеными НИЯУ МИФИ методом лазерной абляции ультракороткими световыми импульсами. Частицы имеют сферическую форму и покрыты полимерной оболочкой. Использование полимеров необходимо для того, чтобы коллоидные растворы, в составе которых наноструктуры вводятся в организм, были стабильны и совместимы с внутренней средой организма.
Деталями новаторского подхода с корреспондентом «Научной России» поделился заместитель директора Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ Сергей Михайлович Климентов.
«В качестве покрытия наночастиц используется биополимер плюроник F-127. Это амфифильный* триблочный блок-сополимер, благодаря своей амфифильности (гидрофильности) применяемый как поверхностно-активное вещество. В частности, он используется в косметике и фармацевтике, а также для выращивания клеточных культур в биологических исследованиях. При введении коллоид покрытых плюроником наночастиц был в фосфатном буфере**, — описал процесс исследований С.М. Климентов. — Реальные физические размеры частиц варьируются в диапазоне 20–30 нм».
Новый подход был успешно испытан на лабораторных мышах, прошедших протонную терапию с применением висмутового нано-сенсибилизатора.
В лаборатории бионанофотоники НИЯУ МИФИ.
Фото: НИЯУ МИФИ
«Во время экспериментов осуществлялось интратьюморальное введение (инъекция в опухоль) коллоидного раствора с наночастицами. В качестве опухолевой модели использовалась саркома Sa37. В результате испытаний происходило замедление роста опухоли до 60% с уменьшением количества метастаз в лимфоузлах», — рассказал Сергей Михайлович Климентов.
Каким образом наночастицы повышают эффективность действия протонов на раковую опухоль?
«Механизмы сенсибилизации в точности неизвестны, — отметил С.М. Климентов. — Это, определенно, не ядерные реакции. В статье выдвинуты две гипотезы. Первая — ионизация наночастиц низкоэнергетическими протонами и возникающим под действием пучка протонов рентгеновским излучением, приводящая к испусканию оже-*** и прочих вторичных электронов, которые, в свою очередь, запускают процесс генерации активных форм кислорода, активирующих механизм наведенной токсичности. Вторая возможная причина — испускание токсичных ионов висмута при деградации наночастиц в лизосомах раковых клеток».
В МИФИ разрабатываются и испытываются и другие инновации для совершенствования борьбы с онкологическими заболеваниями.
«В нашем университете получен целый ряд наноматериалов на основе золота, бора, нитридов титана, гафния и циркония, а также халькогенидных переходных металлов, являющихся сенсибилизаторами бинарных терапий: нейтрон-захватной, фототермической и радиотерапии», — сообщил Сергей Михайлович Климентов.
*Амфифильность — характеристика вещества, одновременно обладающего лиофильными и лиофобными свойствами. Другими словами, одни составные части молекул таких соединений активно взаимодействуют со средой растворителя (в случае с водным раствором это называется гидрофильностью), в то время как другие практически не вступают в контакт с растворителем (в случае с водой это носит название гидрофобности).
**Буферный раствор — раствор с определенной устойчивой концентрацией ионов водорода H+, pH (кислотность) которого мало изменяется при разбавлении и концентрировании, равно как и при добавлении сильной кислоты или сильного основания.
***Оже-электрон — электрон, испускаемый ионизированным атомом в результате образования вакансии («лишнего» свободного места) в его внутренней электронной оболочке (это явление носит название Оже-эффекта).
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник изображения на превью: belchonock / фотобанк 123RF
Фото на странице: НИЯУ МИФИ