Учёные из Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратовского государственного университета и Московской государственной академии тонкой химической технологии разработали новый вид композитных наночастиц, которые успешно используются для доставки к тканям порфиринов. С помощью люминесценции можно контролировать распределение наночастиц в живой ткани и усилить фотодинамический эффект.

Фотодинамическая терапия (ФДП) – метод лечения, основанный на том же принципе, что и химиотерапия, но с физической «добавкой». Есть вещества (их называют фотосенсибилизаторами), которые под действием света с определёнными длинами волн вызывают в окружающем растворе фотохимические реакции – в частности, способствуют переходу молекул кислорода в энергетически возбуждённое (синглетное) состояние.

Такие возбуждённые молекулы кислорода, в свою очередь, разрушают другие оказавшиеся рядом молекулы, например органические. В результате количество свободных радикалов в таком растворе увеличивается. Когда все эти процессы происходят в живой клетке, они оказывают на неё губительное воздействие. Если вещество-фотосенсибилизатор обладает избирательным сродством именно к тем клеткам, которые надо убить, например, к опухолевым, то его можно применять как лекарство. Только его действие придётся обязательно дополнять освещением поражённой ткани (сейчас для этого используют лазеры).

Рис. 1. При получении композитных частиц сначала синтезируют серебряные нанокубики размером 30–60 нм. Далее, на их основе получают золото-серебряные наноклетки, на которых создают пористую нанооболочку из двуокиси кремния толщиной от 20 до 100 нм. Затем полученные частицы химически модифицируют и стабилизируют.

Рис. 2. Так выглядят серебряные нанокубики,
которые получают на первом этапе синтеза.

Очень часто вещества-фотосенсибилизаторы являются красителями. Сам принцип фотодинамической терапии открыли на рубеже XIX и XX веков немецкие исследователи, работавшие с органическим красителем акридином. Если раствор акридина облучить светом с длиной волны, попадающей в диапазон поглощения этого вещества, он убивает находящихся в растворе одноклеточных простейших организмов – инфузорий-туфелек. Причём без облучения ядовитое действие красителя не проявляется. Обнаруживший этот эффект профессор фармакологического института при Мюнхенском университете Герман фон Таппейнер попытался использовать его для лечения грибковых заболеваний и опухолей кожи, и не без успеха.

Сейчас ФДП применяют при лечении рака, лимфом, а также некоторых бактериальных инфекций (особенно в случаях, когда возбудители устойчивы к антибиотикам). Чаще всего так лечат именно болезни кожи, по простой причине: кожа наиболее доступна для облучения светом.

Применение ФДП связано с некоторыми техническими проблемами. Многие вещества, подходящие на роль фотосенсибилизаторов, являются из-за своих химических особенностей гидрофобными, то есть плохо растворяются в воде. А ведь внутренняя среда нашего организма – это водный раствор. Чтобы действующее вещество лучше переносилось кровью и проникало в ткани, его молекулы связывают с частицами-носителями. Такие частицы должны быть очень мелкими, размером меньше бактерии. Другими словами, речь идёт о наночастицах.

Рис. 3. Золото-серебряные наноклетки,
покрытые слоем двуокиси кремния со средней
толщиной около 40 нм.

Коллектив учёных из Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратовского государственного университета и Московской государственной академии тонкой химической технологии разработал новый вид композитных наночастиц, в которых золото-серебряная основа покрыта пористой силикатной оболочкой. Такие частицы имеют размер около 40 нанометров -– как у мелкого вируса. Они успешно используются для доставки к тканям одного из важнейших классов фотосенсибилизирующих веществ – порфиринов. Кроме того, такие частицы люминесцируют под действием света видимой области спектра.

Люминесценция,

• во-первых, помогает контролировать распределение наночастиц в живой ткани и,
• во-вторых, при подборе нужного расстояния от молекул действующего вещества до металлической основы может усилить сам фотодинамический эффект, улучшая лечение рака.

Нанотехнологии используются для лечения злокачественных опухолей уже не впервые. Есть основания считать, что это может значительно помочь решению одной из главных проблем современного человечества.

Работа проводилась в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы.

Источник информации:

Б. Н. Хлебцов, Е. В. Панфилова, В. А. Ханадеев, А. В. Маркин, Г. С. Терентюк, В. Д. Румянцева, А. В. Иванов, И. П. Шилов, Н. Г. Хлебцов Композитные многофункциональные наночастицы на основе золото-серебряных наноклеток, покрытых двуокисью кремния и гематопорфирином иттербия. – Российские нанотехнологии. – том 6. – № 7–8 (в печати).