Ученые из Южного федерального университета (ЮФУ) разработали многообещающие наночастицы на основе фторида кальция, легированного европием (CaF₂:Eu). Они могут сыграть важную роль в повышении эффективности лечения глубоко расположенных опухолей. Данные частицы способны преобразовывать рентгеновское излучение в видимый свет непосредственно в теле пациента.
Данная технология предназначена для повышения эффективности фотодинамической терапии (ФДТ). В традиционной ФДТ фотосенсибилизаторы, специальные вещества, под воздействием света генерируют активные формы кислорода, которые разрушают раковые клетки. Однако из-за недостаточной глубины проникновения обычного света применение этого метода ограничено. Наночастицы CaF₂:Eu позволяют преодолеть эту проблему. Под воздействием рентгеновского излучения, которое легко проникает через ткани, они начинают излучать синий и оранжевый свет в видимом спектре. Это свечение активирует фотосенсибилизатор, соединенный с наночастицами фторида, что приводит к уничтожению раковых клеток посредством активных форм кислорода.
«Наше исследование было сосредоточено на создании материала и разработке способа его синтеза, позволяющего посредством воздействия рентгеновского излучения контролировать степень окисления европия. Изначально мы получаем фторид кальция (CaF₂), легированный европием в степени окисления +3 (Eu³⁺). В процессе облучения нами было установлено, что в зависимости от метода синтеза, в ряде образцов происходит окислительно-восстановительная трансформация: Eu³⁺ переходит в Eu²⁺. Это происходит непосредственно в контексте фотодинамической терапии во время воздействия рентгеновского излучения. В результате, в материале во время гипотетического лечения одновременно присутствуют два различных иона европия: Eu³⁺ и Eu²⁺. У каждого из них свой спектр излучения при воздействии рентгеном. Соответственно, мы можем закладывать два разных фотосенсибилизатора в наш активный композит для лечения, каждый из которых активируется своим ионом», — объяснила заведующая международной исследовательской лабораторией функциональных материалов Елизавета Андреевна Муханова.
Согласно результатам исследования, важной особенностью разработки является возможность регулировки цвета излучения частиц уже на стадии их синтеза. Цвет свечения (синий или оранжевый) определяется преобладающей степенью окисления атомов европия в материале, что позволяет управлять им, изменяя параметры производства частиц. Данная возможность настройки имеет решающее значение, поскольку фотосенсибилизаторы активируются светом определенной длины волны. Получение частиц с различным спектром излучения делает технологию универсальной и обеспечивает гибкий выбор комбинаций для индивидуализированной терапии, расширяя диапазон применения метода. Материал представляется как адаптируемое комплексное решение, совместимое с широким спектром существующих фотосенсибилизаторов.
«Анализ данных за последние два-три года демонстрирует, что применение различных фотосенсибилизаторов приводит к увеличению концентрации активных форм кислорода почти вдвое. По мнению некоторых исследователей, это также повышает эффективность лечения, увеличивая количество уничтоженных раковых клеток в два-три раза. Как правило, другие исследователи используют катионы двух различных элементов. В нашем случае исходный фторид легирован только одним элементом — европием, что облегчает синтез материала. Используемый нами катион (европий) при воздействии рентгеновского излучения частично переходит в другую степень окисления (Eu³⁺ → Eu²⁺). Мы можем сразу комбинировать этот материал с двумя фотосенсибилизаторами, что, по нашему мнению, повысит эффективность лечения в будущем», — добавила Е.А. Муханова.
Несмотря на необходимость проведения обширных доклинических и клинических испытаний, а также оформления патента на метод синтеза, технология обладает значительным потенциалом для терапии глубоко расположенных опухолей с уменьшением побочных эффектов. Помимо этого, исследуется возможность применения этих наночастиц в рентгеновской диагностике. Результаты исследования, проведенного в рамках программы «Приоритет-2030», были опубликованы в журнале Journal of Luminescence.
Новость создана при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации