Для борьбы с раком ученые получили золотые наночастицы, способные раскаляться до 4000°C

Ученые из Национального технологического университета «МИСиС» (Москва, Россия) совместно с коллегами из Института ядерной физики имени Саха (Калькутта, Индия) смогли синтезировать стабильные золотые наночастицы в форме звезд для борьбы с онкологическими заболеваниями. Недорогие и нетоксичные наночастицы позволят эффективно диагностировать рак на ранних стадиях и точечно уничтожать пораженные клетки. Результаты исследования опубликованы в научном издании Journal of the Chemical Society.
 
Сегодня в медицине активно используются плазмонные наноматериалы на основе серебра и золота. «Плазмонными» называют наноструктуры, необычные оптические и физические свойства которых обусловливаются прежде всего их формой и структурой, а также колебанием свободных электронов внутри них. То, каким образом происходит это колебание, сильно зависит от формы и размера наночастиц. Именно это позволяет им иметь набор необычных оптических и физических свойств.
 
Такие наночастицы имеют широкое биомедицинское применение – они используются в геномике, биосенсорике, иммуноанализе, лазерной фототерапии раковых клеток, адресной доставке лекарственных препаратов, ДНК и антигенов, биоимиджинге и мониторинге клеток и тканей. Однако у плазмонных наночастиц на основе золота есть существенный недостаток: при введении в кровь они начинают агрегировать (слипаться) под воздействием слишком большой для них концентрация хлорида натрия. Таким образом сосуды засоряются, и доставить наночастицы к пораженным тканям становится невозможно.
 
«Ученые Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Дулала Сенапати из Института ядерной физики имени Саха смогли решить проблему доставки наночастиц к пораженным тканям. Они синтезировали стабильные наночастицы на основе золота, которые не слипаются при введении в кровь, и обладают высокой эффективностью в спектроскопии комбинационного рассеяния», – отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
 
Молекулы на поверхности наночастицы из золота значительно усиливают сигнал комбинационного рассеяния – при свечении лазера наблюдается обратное яркое свечение наночастиц.
 
У каждой молекулы есть так называемая «область отпечатков пальцев». Данная область специфична для молекул разного типа и обычно плохо видна, так как она слабая. Именно наночастицы из золота способны приумножить данный сигнал во много раз и ярко светятся при скоплении даже небольшого количества молекул, поэтому с их помощью можно диагностировать рак на более ранних стадиях. 

«Можно создавать наночастицы любой формы, но перед нами стояла задача синтезировать частицы, которые были бы наиболее эффективны при фототермальной терапии, и мы остановились на форме звезд. Процесс фототермальной терапии можно описать следующим образом. Когда наночастица добирается до пораженного участка, на нее начинают воздействовать лазером, и она поглощает свет и фокусирует его наподобие линзы – направляет его точечно в острый край звезды, а затем преобразует в огромное количество тепла (около 4500-5000 градусов по шкале Цельсия), которое концентрируется на кончике звезды. Генерируемый таким образом тепловой поток разрывает мембрану раковой клетки и уничтожает ее, не оказывая негативного воздействия на здоровые клетки. Наши наночастицы в форме звезд поглощают свет на длине волны 600-900 нанометров. Это очень хорошо, потому что именно в этой области спектра наше тело прозрачно для излучения. Большинство биологических молекул в этой области спектра не способны поглощать свет», – пояснил руководитель инфраструктурного проекта НИТУ «МИСиС» «Получение, характеризация и применение функционализированных анизотропных наноматериалов в селективном обнаружении биомаркеров, ультраточном количественном анализе и терапии» профессор Института ядерной физики имени Саха Дулал Сенапати.
 
Специалисты синтезируют золотые наночастицы в водном растворе с использованием витамина C, поэтому они нетоксичные и недорогие. По предварительным оценкам, себестоимость раствора объемом 100 микролитров составляет около 50 рублей.
 
Работа над технологией проводилась при участии специалистов Российского онкологического центра имени Н.Н. Блохина. Сейчас ученые работают над улучшением частиц – пытаются синтезировать другие типы звезд.