Фото: © Elsevier B.V.
Частицы, светящиеся под ультрафиолетом, при введении в организм помогут составить точную карту опухолей и повреждённых сосудов.
Химики из Университета ИТМО совместно с коллегами из Швейцарии создали люминесцентные наночастицы, способные быстро и детально обозначить границы раковых опухолей, а также кровеносных сосудов, повреждённых при инфаркте или инсульте. Частицы состоят из оксида гафния и ионов редкоземельных металлов. Разработка может стать безопасной альтернативой токсичным квантовым точкам, предлагавшимся для этих же целей ранее. В перспективе новые частицы можно использовать не только для "картографирования" рака, но и для его лечения. Соответствующая статья опубликована в Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.Бильд: картинка из релиза.
В Университете ИТМО создали наночастицы, которые светятся внутри организма при облучении ультрафиолетом и помогают обозначить границы раковых опухолей
Фото: ©Elsevier B.V.
Наночастицы созданы на основе оксида гафния. Сам по себе он не обладает люминесцентными качествами, необходимыми для визуализации опухолей в глубине живых тканей. Чтобы частицы на его базе светились в видимом диапазоне при облучении ультрафиолетом, часть гафниевых атомов заменили на ионы редкоземельных элементов — тербия и европия (эта операция называется допированием). По размерам они очень близки к гафниевым, поэтому кристаллическая структура оксида сохранилась: европий и тербий "не выпадали" из наноструктур на базе оксида гафния.

При попадании фотонов фиолетовой или ультрафиолетовой части спектра в ионы европия и тербия они сначала поглощают их, а затем переизлучают сами, испуская фотоны уже меньших энергий — то есть видимого света. Опыты на культурах человеческих клеток, выращенных вне организма, показали способность таких частиц избирательно накапливаться в тканях и клетках с интересующими исследователей параметрами. На протяжении трёх суток после введения новые наночастицы не показали никаких токсических эффектов.

После накопления наночастиц в ткани достаточно лишь посветить мягким ультрафиолетом — и ответное свечение поможет получить контрастный снимок, на котором будут чётко видны границы опухолей или сосудов, повреждённых при инфаркте и инсульте. Эти данные крайне важны для врачей. Если нет точного понимания границ опухоли (при малых размерах хирургу непросто установить их во время операции), её корректное и полное удаление будет затруднено, что создаёт риск новой вспышки деления раковых клеток.

Авторы работы отмечают, что само по себе использование наночастиц для получения контрастных снимков такого рода — не новая идея. Однако предлагавшиеся на роль светящихся частиц квантовые точки высокотоксичны и поэтому пока не разрешены к использованию ни в одной стране мира. А вот оксид гафния биологически инертен, и даже европий и тербий, при своей небольшой токсичности, в составе гафниевых наночастиц вполне безопасны. Их удерживает кристаллическая решётка, в которую они внедрены. То есть новый метод визуализации — первый вполне безопасный для больного.

В дальнейшем учёные планируют опробовать свои наночастицы и для лечения опухолей. Под действием рентгеновских лучей атомы редкоземельных металлов и гафния ионизируют молекулы воды вокруг себя. А они, в свою очередь, образуют так называемые свободные радикалы, эффективно убивающие соседние клетки. Этот метод борьбы с раком уже применяется единичными зарубежными компаниями и пока не может конкурировать с химиотерапией по цене.

Однако в случае отработки технологии и связанного с нею уменьшения цены у этого метода хорошие перспективы. Химиотерапия "бьёт" сразу по множеству клеток, и её негативное воздействие на окружающие опухоль здоровые клетки практически неизбежно. Поэтому ряд опухолей ею лечить просто опасно — например, если они возникают в головном мозгу. У терапии наночастицами, из-за её высокой избирательности, таких ограничений нет.