Светочувствительные наночастицы могут стать контрастными агентами для продвинутой визуализации
Новый класс светочувствительных наночастиц может в будущем обеспечить новые подходы к медицинской визуализации. Их разработала исследовательская группа из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU). Частицы поглощают лазерный свет и преобразуют его в тепло, тем самым изменяя свою внутреннюю структуру, подобно свернутым белкам. Исследование опубликовано в журнале Communications Chemistry.
Новые частицы известны как наночастицы из одиночной цепи (SCNPs) и состоят из индивидуально свернутых полимерных цепей. Ученые внедрили в эти цепи молекулы вещества полипиррол, которые поглощают свет в ближнем инфракрасном диапазоне и преобразуют его в тепло. Лазерное облучение не только нагревает наночастицы, но и меняет их внутреннюю структуру.
«При воздействии света каждая отдельная наночастица собирается в сферическую структуру диаметром всего в несколько нанометров. Это открывает возможность концентрировать их в определенных областях тела — именно там, где есть свет», — говорит химик MLU профессор Вольфганг Биндер. Он руководил исследованием вместе с доктором Юстусом Фридрихом Тюммлером, профессором Карстеном Медером из Института фармации и профессором Яном Лауфером из Института физики.
SCNPs обладают замечательной термочувствительностью; их структура реагирует на изменения температуры. Это свойство основано на специфическом молекулярном дизайне частиц, который также позволяет им очень эффективно преобразовывать свет в тепло. Эксперименты в лаборатории показали, что даже слабого лазерного луча и относительно небольшого количества наночастиц достаточно для генерации очень высоких локальных температур — до 85°C.
Этот эффект важен, например, для методов визуализации, используемых в медицинской диагностике. Быстрый нагрев ткани высвобождает звуковые волны. Их можно измерить с помощью фотоакустических методов визуализации, которые, в свою очередь, можно использовать для создания 3D-моделей внутренней части тела. Команда надеется, что новые частицы могут помочь в изучении развития рака через несколько лет, например, сделав опухоли и их реакцию на лечение более видимыми и легкими для отслеживания с помощью фотоакустической визуализации.
Но потенциал простирается еще дальше: «В будущем мы хотим использовать наночастицы для целенаправленной доставки активного ингредиента в организм и его активации там с помощью света и тепла», — объясняет Биндер. Частицы, возможно, даже можно будет использовать для уничтожения раковых клеток с помощью контролируемого светом нагрева — процесса, известного как гипертермия. Однако для изучения терапевтического потенциала новых частиц необходимы более обширные исследования.