Физики ДВО РАН создали наночастицы из кремния и золота для лечения рака
Способ получения кремниево-золотых наночастиц для лечения некоторых форм рака разработали ученые из Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, 10 июня сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.
Синтезированные в ИАПУ ДВО РАН частицы обладают таким малым размером (в 400 раз меньше диаметра человеческого волоса), что способны легко проникать сквозь живые ткани в место расположения опухоли. Там, нагретые ближним инфракрасным (ИК) светом, они могут убивать раковые клетки.
Полезные свойства кремниевых наночастиц с кластерами золота делают их перспективным материалом для медицины. Их биосовместимость сочетается со способностью преобразовывать свет ближнего инфракрасного диапазона в тепло, что и позволяет использовать эти наночастицы для терапии рака.
Свет ближнего инфракрасного диапазона, хорошо проникая сквозь ткани живого организма, при этом не «затухает». И если доставить, например, с помощью инъекции наночастицы на основе кремния и золота в место расположения опухоли, то можно осуществить их локальный нагрев, который приведет к гибели раковых клеток, но не затронет здоровые ткани.
Эффективность такого способа лечения зависит от размера наночастиц. Они должны быть относительно маленькими, чтобы проникать в клетки опухоли, но достаточно большими для испускания количества тепла, способного их уничтожить. Однако существующие в настоящее время методы синтеза не позволяли контролировать размер получаемых наночастиц.
В то же время способ синтеза кремниево-золотых наночастиц, разработанный в ИАПУ ДВО РАН, позволяет получать частицы практически одинакового и строго контролируемого размера.
На первом этапе синтеза исследователи получили кремниевые наночастицы, модифицировав типовой способ их получения — метод лазерной абляции в жидкости. При таком способе на помещенную в спирт гладкую пластину кристаллического кремния воздействуют лазерным излучением. Оно «выбивает» из кристалла наночастицы, но разного размера — от 100 до 2000 нанометров при среднем диаметре 600 нанометров.
Физики ИАПУ заменили кристаллический кремний его пористым аналогом, который поглощает лазерное излучение сильнее кристаллического. Это позволило получить наночастицы со средним размером в 200 нанометров, что в 400 раз меньше диаметра человеческого волоса. При этом частицы размером 180–220 нанометров составляли 90% их общего количества.
На следующем этапе к полученному раствору с кремниевыми наночастицами ученые добавили ионы золота и провели повторную лазерную обработку. Она вызвала осаждение частиц золота в виде кластеров на поверхность кремниевых наночастиц, а некоторые частицы проникли внутрь.
Проведя эксперимент по облучению полученных таким способом кремниево-золотых наночастиц ближним инфракрасным светом, ученые установили, что такие гибридные наночастицы нагреваются в три раза эффективнее, чем обычные кремниевые того же размера.
Руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики ИАПУ ДВО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Жижченко пояснил полученные результаты:
«Благодаря своему размеру полученные наночастицы при введении в организм человека смогут успешно проникать в опухолевую ткань. Затем можно будет через кожу „освещать“ эти участки инфракрасными лучами и тем самым добиваться нагрева частиц и уничтожения раковых клеток».
Описание метода и результаты его исследования ученые представили в статье «Нанокомпозиты Au-Si с высокой эффективностью преобразования света в тепло в ближнем ИК-диапазоне за счет одноступенчатой реактивной лазерной абляции пористого кремния для тераностических применений», опубликованной в журнале ACS Applied Nano Materials.
«В дальнейшем мы планируем на практике испытать полученные наночастицы как инструмент для гипертермии опухолевых клеток. Таким образом мы проверим реальные перспективы нашей разработки в борьбе с онкологическими заболеваниями», — рассказал соавтор исследования, старший научный сотрудник той же лаборатории кандидат физико-математических наук Станислав Гурбатов.
