Физики и биологи из России научились использовать наночастицы из кремния для «подсветки» и уничтожения раковых опухолей при помощи ультразвука, не причиняя вреда здоровым тканям.
Исследования научной группы профессора Виктора Тимошенко из МГУ имени М.В. Ломоносова в кооперации с учеными из НИЯУ МИФИ (г. Москва), Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино), Университета Лиона (Франция) и Тринити-колледжа Дублина (Ирландия) продемонстрировали возможность использования наночастиц пористого кремния, покрытых биополимером-декстраном, обладающих эффективной фотолюминесценцией в видимом диапазоне спектра (люминесцентный биоимаджинг) и являющихся одновременно усилителями воздействия терапевтического ультразвука (соносенсибилизаторами).
В работе были получены наночастицы пористого кремния и исследованы их физические свойства. Идея применения кремниевых наночастиц основывалась на том, что в водной среде и в биосистемах такие наночастицы постепенно растворяются (биодеградируют), но при этом не дают заметного токсического эффекта. Экспериментально было установлено, что биополимер предохраняет поверхность кремниевых наночастиц от быстрого растворения, что позволяет стабилизировать их фотолюминесцентные свойства, но не влияет на эффективность их как соносенсибилизаторов.
Ключевой частью эксперимента было изучение цитотоксического эффекта ультразвука на клетки HEP2 (рака гортани человека) в присутствии кремниевых наночастиц и проверка влияния покрытия декстраном на данный эффект. Было установлено, что отдельное облучение клеток ультразвуком слабо влияет на их число. При этом воздействие ультразвука в присутствии покрытых декстраном наночастиц приводило к значительному подавлению жизнеспособности раковых клеток.
«В работе найден «щадящий» режим терапевтического воздействия на раковые клетки, который не приводит к массовому разрыву клеток, но, судя по всему, сводится по большей части лишь к разрушению внутриклеточных органелл проникшими наночастицами. Важно то, что покрытие наночастиц биополимером не ухудшает их акустических свойств, но, по сути, приводит к лучшему терапевтическому эффекту», – комментирует автор статьи Андрей Свиридов.
По мнению исследователей, совместное действие терапевтического ультразвука и биодеградируемых наночастиц, обладающих соносенсибилизационными свойствами и эффективной фотолюминесценцией, крайне перспективно для разработки нового класса медицинских препаратов для так называемой тераностики (одновременной терапии и диагностики) онкологических заболеваний, что рассматривается в настоящее время как очень важное направление в медицине.
Ученые представили результаты своего исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, в журнале Nanotechnology.