Многофункциональные нанокомпозиты на основе жидкого металла для фотоиммунотерапии рака

Исследовательская группа под руководством профессора Эйдзиро Мияко из Японского передового института науки и технологий (JAIST) разработала многофункциональные нанокомпозиты, покрыв поверхность жидкого металла компонентами молочнокислых бактерий и флуоресцентным красителем ближнего инфракрасного диапазона (индоцианиновый зеленый).

Разработанные нанокомпозиты демонстрируют отличную способность к нацеливанию на опухоль благодаря эффекту EPR, эффективно накапливаясь в опухолях у мышей с трансплантированным колоректальным раком. Облучение высокобиопроникающим лазерным светом ближнего ИК-диапазона обеспечило многомерный терапевтический эффект:

1. Визуализация для диагностики: четкая визуализация участков рака с помощью индоцианинового зеленого.
2. Иммунотерапия: мощная активация иммунитета компонентами молочнокислых бактерий.
3. Фототермическая терапия: локальная гипертермия за счет фототермического преобразования жидкого металла.

Исследователи добились полного устранения трансплантированного рака у мышей в течение 5 дней, применяя облучение ближним ИК-светом по 5 минут один раз в день в течение 2 дней. Комплексные исследования биосовместимости подтвердили высокий профиль безопасности нанокомпозитов.

Жидкие металлы при комнатной температуре на основе сплава галлия и индия (Ga/In) обладают отличной биосовместимостью и физико-химическими свойствами. Команда установила простой метод получения сферических наночастиц путем смешивания жидкого металла Ga/In, компонентов молочнокислых бактерий и индоцианинового зеленого с последующей ультразвуковой обработкой. Полученные нанокомпозиты показали:

• Высокую стабильность: сохраняли стабильность размера частиц более 7 дней.
• Отличную совместимость с клетками: высокая мембранная проницаемость без токсичности.
• Эффективное фототермическое преобразование: способность генерировать тепло под облучением ближним ИК-светом.

Демонстрация выдающейся терапевтической эффективности

В экспериментах на мышах с колоректальным раком через 24 часа после внутривенного введения нанокомпозитов облучение ближним ИК-светом (740–790 нм) выявило четкую флуоресценцию исключительно в участках рака, подтвердив избирательное накопление в опухоли.

Последующее облучение накопленных участков светом с длиной волны 808 нм (по 5 минут через день, всего 2 процедуры) привело к полной элиминации рака в течение 5 дней за счет синергетического эффекта активации иммунитета и фототермического преобразования.

Результаты контрольных экспериментов:

• Только молочнокислые бактерии: показали умеренный противоопухолевый эффект за счет активации иммунитета.
• Иммунно-неактивные наночастицы: не показали значительного противоопухолевого эффекта после лазерного облучения.

Тестирование на цитотоксичность в клетках колоректального рака мышей (Colon26) и нормальных человеческих фибробластах (TIG103) не выявило снижения жизнеспособности клеток через 24 часа после введения нанокомпозитов.

Это исследование демонстрирует, что разработанные нанокомпозиты могут служить базовой технологией для диагностики и иммунотерапии рака следующего поколения. В будущем команда планирует расширить применение на другие типы рака и провести дальнейшую валидацию безопасности и эффективности для клинического применения.