В лаборатории Бионанофотоники НИЯУ МИФИ организовано производство наночастиц, способствующих борьбе с онкологическими заболеваниями. Ключевую роль в этом нанопроизводстве играют лазерные технологии. Специалисты используют обычные материалы, такие как металлы или химические соединения, подвергая их воздействию мощного лазера с ультракороткими фемтосекундными импульсами. Выбор исходного материала определяется конкретной задачей. Чаще всего для этой цели используются золото, серебро, нитриды, а также оксиды титана и гафния. Кроме того, активно применяются железо, никель, медь, тантал, молибден, кремний и цинк.
«Под воздействием лазера материал испаряется, переходя в состояние пара или плазмы, после чего он конденсируется в наночастицы. Процесс можно сравнить с «выпариванием» кирпича с последующим использованием его атомов для создания микроскопического дома. Ключевым достоинством нашей технологии является возможность получения высокочистых и стабильных наночастиц с заранее определенными характеристиками, которые можно контролировать, используя внешние поля или свет», – рассказывает инженер лаборатории, физик Артем Лактионов.
Медицина является одним из ключевых направлений деятельности. Выявление онкологических заболеваний на ранних этапах затруднено при использовании стандартных методов визуализации, таких как МРТ или КТ, поскольку разница в плотности пораженных и здоровых тканей незначительна. Специалисты из МИФИ ведут разработку наночастиц, способных выступать в качестве «суперконтрастного» вещества. При введении в организм они концентрируются в области опухоли, что делает ее заметной на снимках, подобно маяку. Это открывает возможность диагностики рака на самых ранних стадиях.
Идентичные наночастицы способны служить инструментом для терапии онкологических заболеваний. В лучевой терапии ключевым является уничтожение злокачественных клеток с минимальным воздействием на здоровые ткани. В связи с этим, исследователи разрабатывают радиосенсибилизаторы – наночастицы, которые, концентрируясь в опухоли, значительно повышают ее восприимчивость к воздействию радиации. Это позволяет сохранить здоровье тканей и уменьшить дозу облучения для пациента.
В лабораториях МИФИ разрабатывается технология, направленная на повышение точности лечения. Идея заключается в создании «умной пули», способной самостоятельно обнаруживать пораженные клетки. Наночастицы также могут быть использованы в регенеративной медицине для ускорения процессов восстановления тканей и борьбы с бактериальными инфекциями, что особенно важно при лечении ожогов или устранении серьезных послеоперационных последствий.
В лаборатории Бионанофотоники разработаны и протестированы различные материалы, продемонстрировавшие значительную результативность в клеточных исследованиях и экспериментах на животных в ходе доклинических испытаний.
«Мы стремимся разрабатывать собственные оригинальные решения и методы, учитывая мировой и локальный опыт. В частности, фундаментом нашей технологической платформы являются фемтосекундные лазеры. Их применение не столь широко распространено, и количество работ, в которых они используются для синтеза, ограничено. Это позволяет нам оказывать специфическое воздействие на материал. Главное отличие проекта заключается в скорости освоения нами этих возможностей. Благодаря команде специалистов из различных областей, мы можем первыми создавать новые, эффективные материалы. Вертикальная интеграция и оперативное формирование идей – вероятно, наши ключевые преимущества перед конкурентами», – отметил Артем Лактионов.
Сотрудничество специалистов из МИФИ с передовыми научными и медицинскими учреждениями России, такими как НМИЦ онкологии имени Блохина, Институт биоорганической химии (ИБХ), Физический институт имени Лебедева (ФИАН) и Институт общей физики РАН, обеспечивает возможность апробации созданных решений в практической деятельности и получение ценных рекомендаций от врачей и исследователей, работающих в смежных областях.
Также рассматриваются перспективы сотрудничества с коллегами из КНР и Индии.
Предоставлено Национальным исследовательским ядерным университетом МИФИ