Наночастицы-«гантели» помогут бороться с опухолями

Московские ученые впервые синтезировали наночастицы, способные под действием света разрушать клетки опухоли, а также светиться, указывая на ее расположение. При этом собственное свечение наночастицы не поглощалось ею же самой. Это значит, что сигнал о расположении опухоли потенциально может оставаться достаточно ярким на протяжении всей терапии, подчеркнули в пресс-службе Российского научного фонда.

Наночастицы в форме гантелей привлекают внимание ученых как новый способ доставки лекарственных препаратов. В отличие от наночастиц в виде шариков, «гантели» позволяют переносить несколько веществ и сочетать их функции. Однако совмещение разных соединений может и негативно отразиться на их свойствах: например, свечение одной молекулы в составе «гантели» (для визуализации — диагностики) может поглощаться другой, в результате чего вся система потеряет терапевтические функции и сможет использоваться только как диагностическая платформа. Эта особенность затрудняет использование гантелеподобных наночастиц, переносящих лекарственные препараты, например, при визуализации раковых опухолей. При этом варианты таких систем, сохраняющих эффективность двух конфликтующих компонентов, еще не разработаны.

Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) впервые смогли совместить в наночастице-гантели молекулы, одна из которых испускает свечение, что позволяет выявлять раковые образования, а другая, поглощая свечение в другом диапазоне, запускает процесс гибели раковых клеток в окружении за счет генерации активных форм кислорода.

Авторы синтезировали наночастицы из магнетита — оксида железа — и золота. На магнитную поверхность «загрузили» фотосенсибилизатор — соединение, которое под влиянием света выделяет токсичные активные формы кислорода, разрушающие клеточные мембраны и ДНК. Вторую золотую поверхность соединили с флуорофором — «светящейся молекулой». В итоге получилась система, которую можно одновременно использовать как для терапевтических, так и для диагностических целей.

Точечно накапливаясь в опухоли, такие системы за счет свечения флуорофора показывают ее расположение. При этом исследователи, выбрав наночастицы в форме гантели, смогли разнести в пространстве функциональные молекулы — фотосенсибилизатор и флуорофор, что позволило избежать потерь в свечении, связанных с поглощением излучения от флуорофора молекулой-фотосенсибилизатором, сохранив высокие терапевтические показатели.

В результате химики получили наночастицы, которые могли светиться и при этом убивать раковые клетки за счет выделения активных форм кислорода. Чтобы проверить работоспособность систем, авторы провели исследования на клетках рака толстой кишки. Фототоксичность наночастиц была на несколько порядков выше, чем у простых аналогов. Таким образом, полученные наносистемы потенциально могут использоваться в медицине для выявления и разрушения опухолевых клеток.

«Мы показали, что димерные наночастицы в форме гантели могут объединить восприимчивые к свету соединения. Они найдут применение в диагностике и фотодинамической терапии. В дальнейшем мы планируем использовать такие системы с другими клеточными линиями и тканями, другими соединениями, например, сигнальными, чтобы „увидеть“ эффект на ансамбль регенеративных процессов нервной ткани. Отметим также, что системы на основе магнитных наночастиц важны для разработки новых магнитоуправляемых биоматериалов, которые отвечают на внешнее магнитное поле», — рассказала руководитель проекта Наталья Клячко, доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой химической энзимологии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Также в исследовании принимали участие специалисты из Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова (Москва), Университета науки и технологий МИСИС (Москва), Российского технологического университета МИРЭА (Москва), Московского научно-исследовательского онкологического института имени П. А. Герцена (Москва) и Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва). Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Scientific Reports.