Специалисты НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Университета Экс-Марсель (Франция) предложили новый подход в уничтожении раковых опухолей и их метастазов путем «выжигания» их с помощью лазерного излучения. Результаты этой работы опубликованы в престижном международном научном журнале Scientific Reports (входит в издательский дом Nature).
Один из самых перспективных методов лечения рака – ликвидация опухолевых клеток с помощью их локальной гипертермии (перегрева) до 45-50 градусов - то есть до значений, превышающих допустимую температуру для живого организма. Чтобы избежать перегрева здоровых тканей, используются сенсибилизаторы локального нагрева. Эти вещества, накапливаясь в опухоли, выделяют тепло при внешнем воздействии – например, за счет магнитного поля, ультразвука, радиочастотного или инфракрасного лазерного излучения.
В последнем случае наиболее перспективными считаются наночастицы так называемых высокопроводящих плазмонных металлов, прежде всего золота. Плазмонами называются коллективные колебания электронов, способные поглощать и испускать энергию в виде световых волн.
«В силу своей химической инертности и биосовместимости золотые наночастицы могли бы быть наиболее перспективными для таких задач, но необходимость попадания плазмонного поглощения в область прозрачности биоткани позволят применять лишь сложные формы золотых наноструктур (ядро-оболочка, наноштыри)»,
– рассказал научный руководитель Инженерно-физического института биомедицины (ИФИБ) НИЯУ МИФИ Андрей Кабашин, являющийся одновременно директором по исследованиям французского национального центра научных исследований CNRS (Марсель, Франция).
Такие золотые наноструктуры либо имеют слишком большой размер (свыше 130 нанометров) относительно биологических молекул, что затрудняет их перенос в живом организме и выведение из него, либо содержат токсичные стабилизаторы, отметил ученый.
По словам Кабашина, привлекательная альтернатива золоту – нитрид титана (TiN), поскольку это вещество имеет пик плазмонного поглощения, сдвинутый как раз в область прозрачности биотканей. Однако производство ультрачистых малых наночастиц TiN c помощью стандартных химических методов синтеза затруднительно.
Ученые ИФИБ НИЯУ МИФИ в сотрудничестве с коллегами из Франции решили эту проблему, предложив уникальные наночастицы нитрида титана, произведенные методами лазерной абляции в воде и органических жидкостях. Этот метод заключается в удалении вещества с поверхности лазерным импульсом.
«Лазерная абляция позволяет синтезировать ультрачистые, идеально сферические наночастицы нитрида титана с контролируемым средним размером»,
- отметил ведущий автор статьи, сотрудник НИЯУ МИФИ Антон Попов.
По его словам, «критически важно», что даже самые маленькие наночастицы размером 5-8 нанометров обладают плазмонным пиком в области 650-700 нанометров, то есть в области прозрачности биологических тканей.
«Столь малые наночастицы выводятся из организма через почки без каких-либо побочных эффектов», – отметил Попов.
«Первые опыты по изучению взаимодействия наших наночастиц с биологическими системами in vitro (в лабораторных условиях вне живого организма - ред.) показали великолепные результаты. Лазерно-синтезированные частицы практически нетоксичны и могут эффективно генерировать тепло при возбуждении инфракрасными длинами волн 670-800 нанометров. Более того, наши эксперименты показали, что такие наночастицы действительно чрезвычайно эффективны в уничтожении раковых клеток за счет гипертермического эффекта», – добавил Андрей Кабашин.
По мнению авторов работы, нитрид титана – это уникальный материал для биомедицинских применений, который обещает прорыв в развитии методов неинвазивного лечения рака с помощью локальной лазерной гипертермии на основе плазмонных наночастиц.