Неорганические нанозимы как терапевтические и контрастные агенты для МРТ и ПЭТ
Группа Molecular and Functional Biomarkers центра CIC biomaGUNE разработала быстрый и экономичный синтетический микроволновый метод получения ультрамалых наночастиц феррита марганца. Эти частицы действуют как мультимодальные контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии (МРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), а также обладают внутриклеточной каталитической активностью. В доклинической модели рака молочной железы они индуцируют беспрецедентное для материалов этого типа снижение роста опухоли. Результаты исследования, опубликованные в журнале Small, демонстрируют, что эти наночастицы обладают надежными характеристиками для нанобиотехнологических применений.
Ультрамалые наночастицы феррита марганца состоят из железа, марганца и кислорода. Это частицы оксида железа размером около 4 нанометров с марганцем, интегрированным в их кристаллическую структуру. Традиционно такие частицы производятся с помощью длительных органических процессов, требующих трудоемких стадий очистки, а их органическое покрытие делало невозможным использование в водных или биологических средах.
Однако, используя быстрый микроволновый метод, исследователи показали, что можно производить водорастворимые наночастицы, готовые к использованию в клеточных и доклинических исследованиях. Эти частицы одновременно эффективны как контрастные агенты для МРТ и как нанозимы, имитирующие каталазу. Кроме того, данный синтез позволяет проводить мечение радиоизотопами для целей контрастирования в ПЭТ-визуализации, что расширяет область его применения в биовизуализации.
Биологическое действие и библиотека частиц
Исследование доказало in vitro и в доклинических моделях рака молочной железы, что эти наночастицы снижают уровень перекиси водорода (H2O2) и повышают уровень кислорода внутри опухолевых клеток. Эти две малые молекулы контролируют важные клеточные функции, имеющие прямое отношение к развитию таких заболеваний, как легочный фиброз или рак. Таким образом, нанозимы могут быть использованы в терапии, где регулирование этих метаболитов критически важно.
Путем небольших изменений в синтезе исследовательская группа создала библиотеку из 14 типов частиц с различными магнитными и каталитическими свойствами. Ученые могут контролировать количество марганца, встраиваемого в частицы, не изменяя такие важные для биобезопасности и распределения в организме параметры, как заряд или размер. Регулируя количество марганца, можно придавать нанозимам различные свойства для визуализации и катализа, что позволяет выбирать наиболее подходящую частицу для конкретного применения.
Тераностический потенциал и перспективы
Совмещение возможностей ПЭТ и МРТ с демонстрацией самими частицами подавления роста опухоли является значительным достижением. Ранее наночастицы такого типа самостоятельно не оказывали влияния на рост опухоли. Эти перспективные применения открывают новые пути для разработки более эффективных тераностических агентов (совмещающих терапевтическую и диагностическую функции).
Исследователи подчеркивают, что работа находится на предварительной стадии и демонстрирует потенциал материалов, но предстоит долгий путь. Несмотря на более эффективный и менее затратный синтетический процесс и доказанное влияние на клеточную биологию, необходимы дальнейшие исследования механизмов регуляции метаболитов и долгосрочной биобезопасности.
Разработанные нанозимы представляют собой ценный инструмент не только благодаря своей каталитической эффективности, но и возможности комбинированного использования в качестве мультимодального контрастного агента. Однако для доказательства их потенциального воздействия на общество в практических приложениях предстоит еще много исследовательской работы.