Цивилизация
В последние годы усиленно ведутся работы по применению наночастиц в гипертермии — разрушении раковых клеток высокой температурой. Гипертермия считается одним из наиболее перспективных методов борьбы с раковыми опухолями. Иммунная система человека способна быстро выводить из организма частицы, размер которых превышает 100 нм. Более миниатюрные тела могут задерживаться в организме гораздо дольше, что позволяет надеяться на успех нанонауки в этой области.
Поверхностные мембраны раковых клеток содержат гораздо большее количество рецепторов, нежели мембраны здоровых, что определяет повышенную концентрацию в пораженных тканях искусственно вводимых в организм человека препаратов. На этом принципе основано действие химиотерапевтических методик и применение радиоактивных изотопов. В настоящее время широко распространен метод общей гипертермии, когда тело человека нагревается полностью, или метод локального перегрева, когда используются небольшие подкожные излучатели.
Теперь же настал черед «прицельных» методов гипертермии.
В прессе не раз освещались эксперименты по созданию магнитных наночастиц, нагревание которых осуществляется с помощью электромагнитного излучения. Выше критической температуры (43С) они переходят в парамагнитную фазу и перестают нагреваться, делая перегрев более безопасным. Последние достижения ученых из Университета Пердью в американском штате Индиана позволят сделать гипертермию еще более избирательным и безопасным методом.
В своей работе исследователи во главе с Цзи Синь Чэном и Александром Вейем сконцентрировали внимание на наночатицах золота, имеющих диаметр около 15 нм и длину около 50 нм. Главное достижение ученых — это функционализация поверхности золотых наночастиц. Им удалось нанести на поверхность молекулы фолатов — солей фолиевой кислоты, наиболее активно поглощаемой раковыми клетками. Секрет успеха ученые пока не раскрывают.
Такая обработка приводит к тому, что наночастицы преимущественно осаждаются на поверхности больных клеток. После этого пораженный участок тела подвергается лазерному излучению в ближней области инфракрасного диапазона. Такое излучение легко проникает сквозь кожный покров и мягкие ткани и хорошо поглощается частицами золота, вызывая их быстрый нагрев. Нагретые частицы создают отверстия в мембранах клеток, через которые в их цитоплазму быстро проникают ионы кальция.
Именно присутствие ионов и приводит к резкому росту активности ферментов, содержащихся в цитоплазме клетки, что приводит к «микровзрывам» — на поверхности клеток происходят резкие вздутия, порождающие эффект кавитации. Вскоре после этого клетка погибает.
Таким образом, нагрев наночастиц — это только своеобразный спусковой крючок, который запускает гораздо более сложный химический процесс.
Ученые отметили, что с течением времени наночастицы золота проникают внутрь пораженных клеток. При этом нагревание с помощью ИК облучения также приводит к их гибели, однако в этом случае не происходит нарушения мембраны, и уничтожение клеточной структуры происходит исключительно за счет термического эффекта. Учеными отмечено, что для достижения необходимого терапевтического результата необходимо существенно увеличивать мощность излучающего лазера и продолжительность облучения.
Таким образом, именно поверхностная адсорбция наночастиц золота, по мнению ученых, может привести к созданию новой методики борьбы с раковыми опухолями.
Этот способ не требует длительного нагревания, а также позволяет снизить мощность излучения.
Кроме того, научной группой было установлено, что эти же наночастицы могут быть использованы для мониторинга распределения опухолей в организме и позволяют в реальном времени следить за движением препарата по организму. Метод двухфотонной люминесценции, успешно примененный Чэном, позволяет с большей контрастностью по сравнению с традиционными оптическими методами «высветить» частицы, а кроме того, получить картинку элементарно большего размера.
На данный момент трудно делать предположения, насколько быстро данная методика войдет в клиническую практику. Однако в любом случае понятно, что новый механизм разрушения клеток с помощью ионов кальция гораздо эффективнее обычного нагрева. Куда проще открыть врагу городские ворота, чем в одиночку сражаться с защитниками города.