Химики загрузили два миллиона наностержней в одну раковую клетку

Химики из Университета Райса разработали метод, позволяющий загрузить более 2 миллионов крошечных золотых частиц — наностержней — в одну раковую клетку. Этот прорыв может ускорить создание методов лечения рака, в которых наностержни будут работать как микроскопические нагревательные элементы, «поджаривая» опухоли изнутри.

Исследование опубликовано на этой неделе в журнале Angewandte Chemie International Edition.

«Изученные нами клетки рака молочной железы были так нагружены золотыми наностержнями, что их масса увеличилась в среднем примерно на 13%, — заявил руководитель исследования Юджин Зубарев. — Примечательно, что клетки продолжали нормально функционировать даже с таким количеством золота внутри».

Хотя конечная цель — уничтожение рака, стратегия заключается в доставке нетоксичных частиц, которые становятся смертоносными только при активации лазером. Наностержни, размером с небольшой вирус, могут поглощать и преобразовывать безвредный свет в тепло. Но поскольку каждый наностержень излучает ничтожное количество тепла, для уничтожения клетки требуется множество частиц.

«В идеале хочется использовать лазер низкой мощности, чтобы минимизировать риски для здоровых тканей. И чем больше частиц вы можете загрузить в клетку, тем ниже можно установить уровень мощности и время облучения», — пояснил Зубарев.

Однако ученым было сложно загрузить большое количество наностержней в живые клетки. Проблема в том, что чистые золотые наностержни не растворяются в растворе без полимера или поверхностно-активного вещества. Чаще всего используется цетилтриметиламмоний бромид (CTAB) — мылоподобное химическое вещество, применяемое в кондиционерах для волос.

CTAB — ключевой компонент в производстве наностержней, и он делает их растворимыми в воде, покрывая поверхность частиц. Наностержни в оболочке CTAB также имеют положительный поверхностный заряд, что стимулирует клетки поглощать их. К сожалению, CTAB токсичен, что ограничивает его биомедицинское применение.

В новой работе Зубарев, аспирант Леонид Вигдерман и бывший аспирант Прамит Манна описали метод полной замены CTAB на близкородственную молекулу MTAB, у которой на одном конце присоединены два дополнительных атома (серы и водорода).

Эти дополнительные атомы позволяют MTAB образовывать прочную химическую связь с золотыми наностержнями. В отличие от него, CTAB связывается слабее и имеет тенденцию «просачиваться» в окружающую среду, что, как полагают, и является причиной токсичности наностержней в оболочке CTAB.

На разработку оптимальной стратегии синтеза MTAB, замены им CTAB на поверхности наностержней и создания процесса очистки, полностью удаляющего следы CTAB, у исследователей ушло несколько лет.