В Сибирском федеральном университете исследовали два вида наночастиц с разными материалами ядер и золотой оболочкой для определения их эффективности в лазерной противоопухолевой терапии.
Ученые Сибирского федерального университета вместе с международной группой исследователей изучили два вида наночастиц с разными материалами ядра и золотой оболочкой для определения их пригодности в качестве термосенсебилизаторов в лазерной терапии рака.
Исследователи считают самыми эффективными наночастицы с ядром из алюминием (или галлием) легированного окиси цинка. опубликованыВ журнале «Журнал количественного спектроскопии и радиационного переноса».
Радио- и химиотерапия не оправдали надежд медицинского сообщества: эти методы лечения раковых заболеваний имеют много серьезных противопоказаний и побочных эффектов. Метод локальной и избирательной гипертермии, нагревание опухолевых клеток с помощью устройств и технологий, при котором повреждаются только злокачественные клетки без вреда для здоровых тканей, считается одним из наиболее перспективных и активно развивающихся в настоящее время.
Для локальной гипертермии применяются физиотерапевтические методики: высокоинтенсивный ультразвук, лазерное излучение, переменные магнитные поля и др. Цель метода – повышение температуры (42-47°С) рядом с опухолевыми клетками, что приводит к их избирательной гибели. Злокачественные клетки из-за особенностей строения более чувствительны к высоким температурам, чем здоровые. В настоящее время локальная гипертермия чаще используется для усиления комбинированной или комплексной терапии, но в некоторых случаях может быть и монотерапией.
Гипертермия как метод интенсивно развивается последние десять-пятнадцать лет. Интерстициальная лазерная термотерапия (ИЛТТ) — разновидность этого метода, обладающая преимуществами. Во-первых, при применении лазерной термотерапии можно непрерывно наблюдать за процессом нагрева в режиме реального времени и видоизменить температурные изменения в тканях.
Нагрев в методе осуществляется в определенном объеме и согласно форме опухоли. При ИЛТТ применяют инфракрасный лазер: до 45°С нагревают опухоль, что приводит к практически необратимому повреждению клеток из-за изменения белковой структуры — проще говоря, клетки “варится”. Лазер воздействует непосредственно через кожу пациента или лапароскопически, тем самым хирургические вмешательства сведены к минимуму.
Для того чтобы нагрев был направленным и щадящим здоровые ткани организма, применяют термосенсибилизаторы: магнитные или плазмонно-резонансные наночастицы, которые вводят в кровоток или непосредственно в опухоль, — рассказал аспирант Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Артем Костюков.
Вследствие распознающего агента — ДНК-аптамеров, присутствующего на поверхности золотой оболочки, эти частицы избирательно закрепляются только на мембранах злокачественных клеток. Поглощая лазерное излучение на мембране, наночастицы выделяют тепловую энергию, повреждающую мембрану и приводящую к гибели клетки.
Это позволяет снизить мощность лазерного излучения по сравнению с его прямым воздействием на опухоль. Существует возможность изменять «настройки» частиц, выбирая для их конструирования различные материалы, подбирая размеры, форму и структуру.
В медицине давно рассматривается идея использования наночастиц золота для лечения заболеваний. Их можно заполнить лекарствами и направлять в опухоль. Также можно облучать таких «наводчиков», которые собираются в переродившихся клетках, лазером. Наночастицы поглощают свет, создают тепловое поле и уничтожают раковые клетки нагревом.
Целая золотая наночастица поглощает лазерное излучение на той же длине волны, что и человеческий гемоглобин. Воздействуя лазером на нее, можно вмешаться в здоровые ткани и спровоцировать ухудшение состояния пациента. Чтобы этого не случилось, американские коллеги предложили делать наночастицы “сборными” — ядро из кварца “одевать” в золото. В этом случае пик поглощения частицы смещается в длинноволновую область ближе к инфракрасному излучению. Именно в этой области гемоглобин условно “прозрачен” и не получает лишней нагрузки.
Мы продвинулись дальше, предложив улучшить передачу тепловой энергии от наночастиц к раковым клеткам с помощью новых материалов. Расчёты показали, что наночастицы с ядром из легированного алюминием (или галлием) оксида цинка поглощают и отдают тепло намного быстрее, чем обычные кварцевые наночастицы, — сказал руководитель рабочей группы, профессор базовой кафедры фотоники и лазерных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Сергей Карпов.
Ученые пришли к выводу, что проверку наночастиц-термосенсибилизаторов следует строить не по оптическим свойствам, а по тепловым. Золотая оболочка проверена временем: золото хорошо совместимо с организмом человека и гипоаллергенно. Важна способность ядра быстро захватывать и передавать тепловую энергию, — подчеркнул Илья Рассказов, сотрудник Института оптики Рочестерского университета.
В состав научного коллектива также вошли ученые из Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН, Института вычислительного моделирования СО РАН, Сибирского государственного университета науки и технологий имени М. Ф. Решетнёва и Рочестерского университета (США).
