Звездообразные наночастицы могут помочь в борьбе с раком

Ученые из Балтийского федерального университета имени И. Канта совместно с коллегами синтезировали наноструктуры из золота и оксидов железа, которые обладают улучшенными магнитными и оптическими свойствами благодаря уникальной звездообразной форме. Полученные частицы безопасны для здоровых клеток человека и могут использоваться в терапии опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Наноразмерные объекты, содержащие несколько функциональных соединений (например, металл и оксид металла) с разными физико-химическими свойствами, называются наногетероструктурами. Их магнитные и оптические свойства зависят от взаимного расположения компонентов. Магнитные свойства позволяют управлять активностью наноструктур в организме с помощью внешнего магнитного поля. Воздействие низкочастотного магнитного поля может индуцировать разрушение раковых клеток.

Оптические свойства помогают визуализировать, то есть отслеживать частицы в теле человека. Это можно использовать для фотогермической терапии, при которой клетки нагреваются и разрушаются светом определенной длины волны. Эти особенности можно применять совместно для более эффективного уничтожения раковых клеток.

Ученые из Научно-образовательного центра «Смарт-материалы и биомедицинские приложения» (на базе БФУ им. И. Канта, Калининград) вместе с международными коллегами синтезировали наноструктуры, содержащие золото и оксиды железа, которые могут использоваться в фотогермической и магнитомеханической терапии рака.

Исследователи изучили структуру полученных частиц. Они имели звездообразную форму с ядром из золота, окруженным оболочкой из оксида железа. Ученые доказали, что форма и оптический отклик частиц отлично подходят для комбинированной терапии рака.

Кроме того, ученые проверили, как частицы влияют на клетки рака молочной железы и культуру клеток, из которых в норме формируются стенки кровеносных сосудов. Клетки предварительно инкубировали в питательной среде с заданными концентрациями наночастиц.

Оказалось, что наночастицы обладают хорошей биосовместимостью — они имеют низкую токсичность и не влияют на жизнеспособность здоровых клеток. В то же время жизнеспособность раковых клеток с наноструктурами снизилась на 65% после воздействия переменного магнитного поля низкой частоты. При воздействии света жизнеспособность раковых клеток снизилась на 45% из-за локального нагрева наночастиц. Эффективность подхода также подтвердили морфологические изменения в раковых клетках, включая их «сморщивание» после терапии переменным магнитным полем или светом.

«Целью этого исследования была разработка и тестирование многофункциональных наночастиц со специальными магнитными и оптическими свойствами. В биомедицине такие наночастицы являются перспективным материалом для лечения рака. Именно поэтому в этой статье мы показали не только детальную характеристику физико-химических свойств полученных образцов. Мы также добавили результаты цитотоксичности при применении различных внешних стимулов (оптического излучения и магнитного поля) и показали эффективность обоих подходов», — говорит Александр Омельянчик, научный сотрудник Научно-образовательного центра «Смарт-материалы и биомедицинские приложения».