Золотые наночастицы убивают рак — но не так, как думали

Новое исследование Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) с использованием голотомографической микроскопии показало, что токсичность золотых наночастиц для раковых клеток зависит не только от их размера, но и от формы.

Ключевое открытие

• Ранее считалось: Чем меньше наночастицы, тем они токсичнее для раковых клеток, так как легче проникают внутрь.
• Реальность оказалась сложнее: Сферические частицы размером 10 нм оказались практически безвредны для линии клеток глиомы. Высокую смертность вызвали крупные (200 нм) звездообразные наночастицы.

Метод исследования

Для наблюдений использовался первый в Польше голотомографический микроскоп в IFJ PAN. Этот метод позволяет:

• Сканировать живые клетки в инкубаторе без подготовки образцов или введения чужеродных веществ.
• Получать трехмерные изображения клеток и их внутренней структуры с нанометровым разрешением практически в реальном времени.

Механизм действия

• Маленькие сферические частицы легко проникали в раковые клетки, но клетки восстанавливались и даже начинали снова делиться. Клетки рака толстой кишки быстро выталкивали их.
• Крупные звездообразные частицы своими острыми концами перфорировали клеточные мембраны, что, вероятно, приводило к нарастающему окислительному стрессу внутри клеток. Когда повреждения становились невосполнимыми, запускался механизм апоптоза (программируемой смерти).

Теоретическая модель

На основе данных экспериментов учёные из Университета Жешува (UR) и Жешувского политехнического университета создали теоретическую модель.

• Модель описывается дифференциальным уравнением, в которое можно подставить параметры (пока только формы и размера наночастиц), чтобы быстро определить, как будет происходить поглощение этих частиц раковыми клетками в течение заданного времени.
• Это позволяет на этапе планирования исследований сузить количество вариантов наночастиц, требующих экспериментальной проверки, что сокращает время и стоимость работ.

Перспективы

• Модель можно использовать для разработки более прицельных терапий, где наночастицы будут хорошо поглощаться выбранными раковыми клетками, сохраняя низкую токсичность для здоровых клеток.
• В планах учёных — расширить модель, включив параметры химического состава частиц и другие типы опухолей, а также дополнить её математическими элементами для оптимизации эффективности фото- или протонной терапии в комбинации с наночастицами.

Исследование опубликовано в журнале Small.