Проект руководителя группы нанохимии ЛНБИ НИЯУ МИФИ к.х.н. Павла Самохвалова и ведущего ученого этой лаборатории, профессора Игоря Набиева «Бескадмиевые нанокристаллы на базе сульфидов меди-индия и серебра-индия, люминесцирующие в видимой и ближней ИК-области с высокими квантовыми выходами флуоресценции» (БесКадКвант) одержал победу в конкурсе РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Реализация проекта решит одну из насущных проблем современной медицинской диагностики — создание высокочувствительных, специфичных и при этом нетоксичных нанозондов для раннего одновременного выявления множественных биомаркеров рака.
Сегодня всё большую популярность в области биовизуализации приобретают зонды на основе флуоресцентных нанокристаллов «квантовых точек». Они обладают выраженными сравнительными преимуществами над органическими красителями: яркой фотолюминесценцией с очень узким спектром и высоким квантовым выходом и высокой фотостабильностью. При этом возможна одновременная детекция нескольких маркеров за счёт использования разных квантовых точек с неперекрывающимися диапазонами люминесценции, возбуждаемой на одной и той же длине волны.
Однако «традиционные» квантовые точки обычно содержат кадмий, который, будучи тяжёлым металлом, весьма токсичен. Это исключает использование таких нанокристаллов in vivo («в человеке»). Предпринимаются попытки получения квантовых точек из малотоксичных материалов, однако получаемые нанокристаллы существенно уступают по своим оптическим свойствам существующим кадмий-содержащим квантовым точкам.
В рамках победившего проекта БесКадКвант будут разработаны бескадмиевые квантовые точки с ядрами из CuInS2 и AgInS2, отработаны методы их воспроизводимого синтеза и охарактеризованы их фотолюминесцентные свойства. Затем будут подобраны оптимальные поверхностные лиганды для этих квантовых точек, обеспечивающие их растворимость в биологических жидкостях. Полученные биосовместимые квантовые точки будут связаны с так называемыми однодоменными антителами (фрагментами антител сверхмалого размера) к нескольким маркерам злокачественных опухолей. В результате получатся нанозонды для мультиплексного выявления нескольких типов онкомаркеров в образцах ткани, применение которых существенно повысит чувствительность и точность гистологического анализа при диагностике рака.
Надежности выявления маркеров будет способствовать и то, что такие квантовые точки флуоресцируют в инфракрасной области оптического спектра — «окне прозрачности» живых тканей, что позволит выявлять маркеры в глубине тканевых срезов или в живом организме. В проекте БесКадКвант разработка новых нанозондов будет доведена до стадии доклинических испытаний на образцах тканей онкологических больных. В перспективе же эти или подобные зонды можно будет использовать для неинвазивной диагностики in vivo.
В результате будет создано новое поколение безопасных в использовании диагностических нанозондов, требующих на порядок меньшего количества клинического материала для одновременного выявления целого ряда диагностических маркеров. Результаты проекта будут иметь большое значение для практического применения бескадмиевых квантовых точек не только в медицине, но и в таких областях, как оптоэлектроника и фотовольтаика. Полученные экспериментальные данные позволят в дальнейшем оптимизировать размер, форму и состав поверхностных лигандов новых квантовых точек для каждой из потенциальных областей их применения.