Разработка инструмента, сочетающего три дополнительных метода визуализации (МРТ, ближняя инфракрасная флуоресценция и тип ультразвуковой визуализации, называемый «фотоакустическим») с двумя формами терапии (химиотерапия и фототермическая терапия2), все в пределах сферы диаметром 150 нанометров, является подвиг, недавно совершенный международной командой химиков и специалистов в области биомедицинской инженерии. Для этого исследователи синтезировали гибридные объекты, состоящие из мезопористой кремнеземной оболочки, содержащей квантовые точки золота.
Золотые квантовые точки – это небольшие наночастицы (менее 2 нанометров) с уникальными свойствами (флуоресценция, выделение тепла, магнетизм), которые сильно отличаются от свойств твердого золота или даже более крупных наночастиц золота.
Однако их отсутствие стабильности в водных растворителях (они имеют тенденцию к агрегированию с образованием более крупных частиц) до сих пор не позволяло использовать их в биологии и медицине. «Наполнив» пористые кремнеземные оболочки предшественниками золота, исследователям удалось создать квантовые точки золота в порах оболочки (что стабилизирует их), а также более крупные наночастицы золота в центральной полости. Стабильная в водных растворах, эта структура «квантовой погремушки» может проникать в центр клеток без токсичности.
Он также сохраняет оптические и магнитные свойства квантовых точек золота, увеличивая при этом их емкость для хранения лекарств.
Включение гидрофобного золота в сферу диоксида кремния помогло очень значительно увеличить его способность накапливать доксорубицин, противораковый агент, который часто трудно стабилизировать в пористой матрице этого типа.
Ученые полагают, что доля молекул, которые достигли бы своей цели, вырастет с 5 до 95% по сравнению с носителями лекарств (липосомального типа3), которые в настоящее время присутствуют на рынке. Помимо способности переносить лекарства, они имеют потенциал в фототермической терапии. Фактически, когда они возбуждаются инфракрасным лазером, частицы, содержащие золотые квантовые точки, излучают инфракрасную флуоресценцию, но также достаточно тепла – до 51 ° C – для уничтожения раковых клеток.
Это позволило снизить массу опухоли у мышей на 55% после однократного лечения.
Выделение тепла также можно использовать для визуализации, поскольку оно вызывает временное расширение золотых квантовых точек, которое производит ультразвуковые волны, которые могут быть обнаружены, как при ультразвуковой визуализации. Более того, флуоресценция, излучаемая возбужденными лазером частицами, проходит через ткань (которая не поглощает инфракрасное излучение на этой длине волны) и, следовательно, может быть измерена неинвазивным способом.
Наконец, для размеров менее 2 нанометров золото становится магнитным. Следовательно, можно использовать квантовые погремушки в качестве контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии (МРТ). Эти три метода визуализации (ближняя инфракрасная флуоресценция, фотоакустическая визуализация и МРТ) позволяют наблюдать опухоль дополнительными способами с очень высоким пространственным и временным разрешением.
В настоящее время исследователи изучают, как оптимизировать эти нановекторы.
Они хотели бы «функционализировать» свою поверхность с помощью маркеров, чтобы они могли идентифицировать и целенаправленно воздействовать на раковые клетки. Наконец, они надеются уменьшить размер частиц золота в центральной полости, чтобы сделать носитель полностью биоразлагаемым.
1 В сотрудничестве с коллегами из Университетского колледжа Лондона и Университета штата Луизиана.
2 Обработка, повышающая температуру клеток выше смертельного порога.
3 Липосомы – это везикулы, окруженные двойным слоем липидов (например, живые клетки), используемые в качестве носителей для защиты и доставки определенных лекарств в организм.