Ученые ТПУ изучили дисперсные магнитоэлектрические наночастицы микроскопических размеров и возможность их модификации. Исследование показало, что наночастицы могут не только ускорять, но и замедлять клеточные процессы под воздействием магнитного поля. Такой метод может стать основой для новых лечебных технологий на основе нанотехнологий, например, в онкологии и регенеративной медицине.
Научные исследования получили поддержку от Российского научного фонда. (№ 23-23-00511). Результаты работ опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (Q1, IF: 8,5).
Ранее учёные Центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ совместно с партнёрами разработали Коллоидные дисперсные магнитоэлектрические наночастицы ультрамалого размера на основе биосовместимых материалов в десять раз меньше аналогов и обладают улучшенными магнитоэлектрическими свойствами.
Магнитоэлектрические наночастицы обладают сильной связью магнитных и электрических свойств, что даёт возможность осуществлять беспроводной контроль биологических процессов с помощью неинвазивной электростимуляции. Однако функционализация поверхности таких наночастиц и её влияние на структуру, физические свойства и биологический ответ остаются недостаточно изученными. Для исследования этих характеристик проведено комплексное исследование, — отмечает руководитель исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозем.
Наноматериалы с магнитными и электрическими свойствами, имеющие структуру «ядро-оболочка» и основанные на совместимом с организмом железе марганца. 2O4) и перовскита модифицированного титаната бария Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3 Разработанные с применением микроволнового гидротермального метода, поверхность этих изделий из политехники модифицировали биосовместимыми соединениями: лимонной кислотой и пектином.
Исследование показало: пектин при добавлении кислоты увеличивает электроотрицательный потенциал поверхности магнитоэлектрических наночастиц. Такая модификация позволяет применять более высокие концентрации наночастиц с высокой коллоидной стабильностью в воде, что важно для терапевтического эффекта.
Политехники установили, что функционализация магнитоэлектрических наночастиц предложенными биосовместимыми агентами не изменила их структуру, состав, магнитные и магнитоэлектрические свойства. Это обеспечит высокую точность доставки и беспроводную электростимуляцию клеток и тканей.
Наночастицы с лимонной кислотой и пектином обладают разным потенциалом поверхности, но аналогичным по силе магнитоэлектрическим откликом, который сопоставим с зарубежными аналогами, потенциально более токсичными. Это открывает новые возможности для управления клеточной активностью, так как свойства таких наносистем позволяют эффективно их включать и выключать в зависимости от условий. Взаимодействие с клетками таким образом становится более гибким, — говорит соавтор публикации, инженер-исследователь Международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Полина Чернозем.
Ученые обнаружили, что наночастицы могут регулировать активность клеток двумя способами в зависимости от используемого функционализирующего агента. Такое воздействие достигается при помощи электростимуляции с помощью безопасного слабого магнитного поля.
Мы продемонстрировали контроль над активностью клеток с помощью магнитоэлектрических наночастиц с разными функциональными агентами.
Можно стимулировать рост здоровых клеток и подавлять активность злокачественных, например, онкологических. Такой подход может стать основой для новых методов лечения на основе нанотехнологий и наноматериалов, которые радикально изменят подходы к онкотерапии и регенеративной медицине, где стимуляцию клеток можно будет осуществлять неинвазивно без сложных хирургических вмешательств.
В исследовании участвовали ученые Томского политеха, Института цитологии и генетики СО РАН, Исследовательского центра науки и технологий (LIFT), Томского госуниверситета, Института катализа им. Г.К. Борескова, Института физики прочности и материаловедения СО РАН и Центра нейробиологии и нейрореабилитации им. Владимира Зельмана.
Пресс-служба Томского политехнического университета предоставила информацию.
Источник фото: ru.123rf.com