Ученые предлагают использовать углеродные нанокластеры магнетита для синергетической терапии рака

Профессор Ван Хуэй совместно с профессором Линь Вэньчу и доцентом Цянь Цзюньчао из Хэфэйского института физических наук (HFIPS) Китайской академии наук сообщили о создании нанокластеров оксида железа с углеродным покрытием, которые реагируют на ближнее инфракрасное излучение второго окна (NIR-II, 1000–1100 нм). Эти наноструктуры могут направляться с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и способны к комбинированной фотогермической и хемодинамической терапии (CDT) для синергетического лечения рака.

Результаты опубликованы в журнале SCIENCE CHINA Materials.

Принцип работы и проблема

CDT — перспективная стратегия лечения, привлекающая внимание благодаря простоте и низким побочным эффектам. Её базовый принцип: нанозимы активируют внутриклеточную реакцию Фентона, что приводит к избыточному производству гидроксильных радикалов (·OH), токсичных для раковых клеток. Наночастицы магнетита (Fe₃O₄) широко используются как реагенты Фентона из-за их способности к неинвазивной визуализации и хорошей биосовместимости. Однако ферромагнитное поведение и легкое окисление нанокристаллов магнетита приводят к коллоидной нестабильности и ограничивают применение в терапии под визуальным контролем.

Решение и свойства нанокластеров

В данном исследовании ученые использовали одностадийный сольвотермальный метод для получения углеродных нанокластеров магнетита (CCMNCs) с оптическим поглощением в диапазоне NIR-II. Это было достигнуто за счет настройки кластерной структуры и углеродного покрытия.

"CCMNCs обладают суперпарамагнитными свойствами и быстрым магнитным откликом, что позволяет использовать их в качестве контрастного агента для T2-взвешенной МРТ", — пояснил руководитель группы Ван Хуэй.

Механизм терапевтического действия

В кислой среде опухоли происходит растворение CCMNCs с высвобождением ионов Fe²⁺ и Fe³⁺.

• Fe²⁺ производит ·OH непосредственно в клетках и у мышей, что убивает раковые клетки и подавляет рост опухоли за счет эффектов CDT.
• Fe³⁺ снижает внутриклеточный уровень глутатиона, усиливая повреждающее действие ·OH и повышая эффективность CDT.

Кроме того, CCMNCs эффективно поглощают и преобразуют NIR-II излучение в цитотоксическое тепло, что дополнительно усиливает эффективность CDT опухоли и создает синергетический терапевтический эффект.