Материал для терапии меланомы с помощью нагрева создали в ИТМО

В ИТМО предложили эффективный способ синтеза золотых плазмонных наноалмазов. Эти гибридные наноматериалы могут потенциально применяться в терапии меланомы с помощью нагревания. Новые материалы способны выполнять сразу две задачи — нагревать раковую опухоль и измерять ее температуру, сообщили в пресс-службе университета.

Как показали эксперименты на лабораторных животных, после введения в опухоль плазмонных наноалмазов и их последующего нагрева рост новообразования замедлился на 65,22%.

Для диагностики и борьбы с меланомой врачи сочетают разные виды терапии, в том числе применяют гипертермию — локальный нагрев опухоли. В область опухоли вводятся специальные наноматериалы, например золотые наночастицы, способные преобразовывать световую энергию в тепловую. Таким образом они повышают температуру злокачественного образования от 40°C до 50°C. От высокой температуры структура белка разрушается, и опухолевая клетка уничтожается.

По словам ученых, при этом важно контролировать степень нагревания в реальном времени. От температуры зависит механизм экспрессии факторов роста, метаболизм и вид клеточной смерти. Последнее влияет на то, оставят ли злокачественные клетки после себя продукты распада, которые могут снова вызвать рецидив. Контролировать нагрев помогают разные методики — например, флуоресцентные квантовые точки, рамановская или сканирующая зондовая спектроскопия. Но у каждого способа есть недостатки. Рамановскую спектроскопию и флуоресцентные методы трудно адаптировать к клеткам из-за высокой чувствительности к фоновым сигналам и окружающей среде, а сканирующая зондовая спектроскопия может повредить живые клетки.

Альтернативным материалом для контроля нагрева могут стать наноалмазы с азото-замещенными вакансиями (материалы с нарушенной кристаллической решеткой, где один из атомов углерода заменен на атом азота). Такие наноалмазы часто применяют в термометрии, так как обладают биосовместимостью, высокой чувствительностью, оптической стабильностью, а также не фотообесцвечиваются и не требуют дополнительной калибровки.

Ученые ИТМО создали многофункциональный наноматериал, который сможет решать сразу две задачи — локально нагревать опухоль и ткань как плазмонные наночастицы и измерять температуру как флуоресцентный наноалмаз. Разработка представляет собой наноалмазы с двумя видами покрытия: в первом случае поверхность укутана сплошной золотой оболочкой, во втором — покрыта россыпью наночастиц из золота и прослойки диоксида кремния. Последний защищает наноалмаз от внешних зарядов и помогает точнее измерять температуру.

Предложенная методика проста в использовании, так как требует всего одного лазера для нагревания и термических измерений. Также новый метод позволяет наращивать золотые наночастицы нужного размера и таким образом изменять их способность нагреваться.

«Мы проверили работу плазмонных наноалмазов в нескольких экспериментах с линией опухолевых клеток и тканей меланомы B16-F10 вне живого организма. Чем больше мощность лазера, тем ниже выживаемость опухолевых клеток: процент жизнеспособных клеток составил 62,2% для наноалмазов, покрытых сплошь золотом, и 51,32% — для золотых наноалмазов с прослойкой диоксида кремния. Также мы протестировали гибридные наноматериалы на четырех группах мышей с меланомой. Первая группа осталась без лечения, вторую — облучили лазером, третьей — ввели плазмонные наноалмазы, четвертая получила наноматериалы и нагрев лазером. В сравнении с отсутствием терапии эффективной оказалась последняя комбинация — рост опухоли замедлился на 65,22%», — отметила первый автор исследования, младший научный сотрудник физического факультета ИТМО Елена Герасимова.

Как уточнили в университете, разработанные плазмонные наноалмазы в перспективе можно будет использовать для локальной терапии меланомы. Для этого ученые планируют исследовать фототермический процесс на большем количестве животных, чтобы понять, какие именно показатели влияют на успешность лечения, а также проверить, как сочетается действие плазмонных наноалмазов с другим видом терапии рака. 

ИТМО — участник программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».

Исследование поддержано грантом РНФ. Результаты опубликованы в журнале Nanophotonics.