Нановекторы объединяют визуализацию и терапию рака
Исследователи из Имперского колледжа Лондона и Лаборатории химии конденсированного состояния Парижа разработали гибридные наночастицы золото-кремнезём, которые становятся настоящими терапевтическими «швейцарскими ножами». Протестированные на мышах и культурах человеческих клеток, они позволяют комбинировать две формы лечения опухоли и три метода визуализации. Они обладают большей ёмкостью для загрузки и доставки лекарств, чем существующие носители, что открывает интересные перспективы для онкологии. Результаты опубликованы в PNAS 4 февраля 2015 года.
Разработка инструмента, сочетающего три метода визуализации (МРТ, флуоресценцию в ближнем ИК-диапазоне и фотоакустическую визуализацию) с двумя формами терапии (химиотерапией и фототермической терапией) в сфере диаметром 150 нанометров — это достижение международной команды химиков и биоинженеров. Для этого они синтезировали гибридные объекты, состоящие из мезопористой оболочки из диоксида кремния, содержащей квантовые точки золота.
Квантовые точки золота — это мелкие наночастицы (менее 2 нм) с уникальными свойствами (флуоресценция, генерация тепла, магнетизм), отличающимися от свойств массивного золота или более крупных наночастиц. Однако их нестабильность в водных растворах (склонность к агрегации) ранее препятствовала применению в биологии и медицине. «Впрыснув» предшественники золота в поры кремнезёмной оболочки, учёные создали квантовые точки золота в порах (что стабилизирует их), а также более крупные наночастицы золота в центральной полости. Стабильная в водных растворах структура «квантовой погремушки» может проникать в клетки без токсичности, сохраняя оптические и магнитные свойства квантовых точек и максимизируя ёмкость для хранения лекарств.
Включение гидрофобного золота в сферу из диоксида кремния значительно увеличило её способность хранить доксорубицин — противораковый агент, часто сложный для стабилизации в пористой матрице. Учёные полагают, что доля молекул, достигающих цели, может вырасти с 5% до 95% по сравнению с современными липосомальными носителями. Помимо доставки лекарств, частицы эффективны в фототермической терапии: при возбуждении ИК-лазером они испускают ИК-флуоресценцию и генерируют тепло (до 51°C), достаточное для уничтожения раковых клеток. Это позволило сократить массу опухоли у мышей на 55% после однократного лечения.
Генерация тепла также применима для визуализации, вызывая временное расширение квантовых точек, что производит ультразвуковые волны (фотоакустическая визуализация). Флуоресценция от возбуждённых частиц проходит через ткани (не поглощающие ИК-излучение на этой длине волны) и может измеряться неинвазивно. Наконец, золото размером менее 2 нм становится магнитным, что позволяет использовать «квантовые погремушки» как контрастный агент для МРТ. Эти три метода визуализации позволяют наблюдать опухоль комплементарно, с высоким пространственным и временным разрешением.
Исследователи работают над оптимизацией нановекторов. Они хотят функционализировать их поверхность маркерами для специфического нацеливания на раковые клетки и надеются уменьшить размер частиц золота в центральной полости, чтобы сделать носитель полностью биодеградируемым.