​Ученые Сибирского федерального университета в составе международного научного коллектива исследовали два вида наночастиц с различным материалом ядра и золотой оболочкой, чтобы выяснить, какие из них могут более эффективно применяться в качестве термосенсебилизаторов в лазерной противоопухолевой терапии.
 
Сообщается, что наиболее успешными, по мнению исследователей, оказались наночастицы, ядро которых состоит из легированного алюминием (или галлием) оксида цинка. Основные выводы опубликованы в Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.
 
К сожалению, надежды медицинского сообщества на универсальные возможности радио- и химиотерапии не оправдались, у этих видов лечения онкологических заболеваний обнаружился целый ряд серьезных противопоказаний и побочных эффектов. Метод локальной и избирательной гипертермии — нагрева опухолевых клеток при помощи различных устройств и технологий, в результате которого повреждаются только злокачественные клетки без вреда для здоровых тканей, — считается одним из наиболее перспективных и активно развивающихся в настоящее время.
 
Для локальной гипертермии используются различные физиотерапевтические средства (высокоинтенсивный ультразвук, лазерное излучение, переменные магнитные поля и так далее). В целом суть метода состоит в достижении высокой температуры (42-47°С) вблизи опухолевых клеток, при которой наблюдается их избирательная гибель (тем более, что злокачественные клетки в силу особенностей их строения более чувствительны к высоким температурам, чем здоровые). Локальная гипертермия в настоящее время чаще используется для повышения эффективности комбинированной или комплексной терапии больных, однако в некоторых ситуациях может выступать и в качестве монотерапии.
 
«Гипертермия как метод активно развивается последние десять-пятнадцать лет. Так называемая интерстициальная (внутритканевая) лазерная термотерапия ИЛТТ (Laser induced interstitial thermotherapy — LITT) — это разновидность данного метода, и у нее есть свои преимущества. Во-первых, при использовании лазерной термотерапии можно непрерывно следить за процессами прогревания в режиме реального времени и визуализировать температурные изменения в тканях.
 
Во-вторых, нагрев происходит в строго заданном объеме и в соответствии с конфигурацией опухоли. Для ИЛТТ используют инфракрасный лазер: опухоль нагревают до 45°С, в результате ее клетки практически необратимо повреждаются из-за изменения структуры белка — грубо говоря, оказываются "сваренными". Лазер воздействует прямо через кожу пациента или лапароскопически, это значит, что хирургические вмешательства сводятся к минимуму.
 
А чтобы сделать процесс нагрева направленным и щадящим здоровые ткани организма, нужно использовать термосенсибилизаторы: магнитные или плазмонно-резонансные наночастицы, которые вводят в кровоток или непосредственно в опухоль», — рассказал аспирант Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Артем Костюков.
 
Ученые объясняют, что эти частицы строго избирательно закрепляются на мембранах лишь злокачественных клеток, благодаря наличию на поверхности золотой оболочки распознающего агента — ДНК-аптамеров. Находясь на мембране и поглощая лазерное излучение, наночастицы будут выделять тепловую энергию, повреждающую мембрану и приводящую к гибели клетки. Это позволяет снизить мощность лазерного излучения по сравнению с его прямым воздействием на опухоль. Помимо этого, существует важная возможность изменять «настройки» частиц, выбирая для их конструирования различные материалы, подбирая размеры, форму и структуру.
 
«Идея помещать наночастицы золота в человека для решения терапевтических задач не нова. Можно их, скажем, нагружать лекарственными средствами и использовать для адресной доставки медикаментов прямо в опухоль. А можно облучать таких своеобразных "наводчиков", концентрирующихся прямо в переродившихся клетках, лазером — они поглощают оптическое излучение, создают вокруг себя интенсивное тепловое поле с четкими границами и убивают раковые клетки "перегревом".
 
Однако цельная золотая наночастица поглощает лазерное излучение на той же длине волны, что и человеческий гемоглобин — воздействуя лазером на нее, мы можем вмешаться в здоровые ткани и спровоцировать ухудшение общего состояния пациента. Чтобы этого не произошло, наши американские коллеги некоторое время назад предложили делать наночастицы "сборными" — ядро из кварца "одевать" в золото. В этом случае пик поглощения частицы смещается в длинноволновую область ближе к инфракрасному излучению, и именно в этой области гемоглобин условно "прозрачен" и не получает ненужную нагрузку.
 
Мы же пошли еще дальше, предложив усовершенствовать передачу тепловой энергии от наночастицы к раковым клеткам благодаря новым материалам. Расчеты показали, что наночастицы, ядро которых состоит из легированного алюминием (или галлием) оксида цинка, исключительно быстро поглощают и отдают тепло по сравнению с привычными кварцевыми "собратьями"», — уточнил руководитель рабочей группы, профессор базовой кафедры фотоники и лазерных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Сергей Карпов.
 
Исследователи также отметили, что им удалось изменить понимание, как следует проверять наночастицы-термосенсебилизаторы на «профпригодность». «Оказалось, что не по оптическим  cвойствам нужно оптимизировать наночастицы, а скорее — по тепловым. Золотая "обертка" проверена годами: золото прекрасно совместимо с человеческим организмом и гипоаллергенно. А проверка ядра, в сущности, сводится к вопросу, насколько быстро оно способно поймать и передать тепловую энергию», — констатировал постдок Института оптики Рочестерского университета Илья Рассказов.
 
Добавим, что в состав научного коллектива также вошли ученые Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН, Института вычислительного моделирования СО РАН, Сибирского государственного университета науки и технологий имени М. Ф. Решетнёва и Рочестерского университета (США).
 

Источники

Нагреть и разрушить: ученые тестируют новые типы наночастиц для "прицельной" борьбы с раком
Naked Science (naked-science.ru), 17/09/2019
Тепловой удар для раковых клеток: ученые тестируют наночастицы для "прицельной" борьбы с заболеванием
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 18/09/2019
Ученые СФУ изучают возможности лечения рака путем нагрева опухоли
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/09/2019
Ученые СФУ изучают возможности лечения рака путем нагрева опухоли
НГС.Красноярск (ngs24.ru), 19/09/2019
Тепловой удар для раковых клеток: ученые тестируют наночастицы для "прицельной" борьбы с заболеванием
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 18/09/2019
Ученые СФУ предлагают новый метод для борьбы с онкологией
НИА Красноярск (24rus.ru), 19/09/2019
Ученые СФУ предлагают новый метод для борьбы с онкологией
Mirtesen.sputnik.ru, 19/09/2019
Лечение опухоли с помощью нагревания
TJournal (tjournal.ru), 19/09/2019
Нагреть и разрушить: ученые тестируют новые типы наночастиц для "прицельной" борьбы с раком
Nanonewsnet.ru, 19/09/2019
Нагреть и разрушить: ученые тестируют новые типы наночастиц для "прицельной" борьбы с раком
SMIonline (so-l.ru), 19/09/2019
Ученые СФУ изучают возможности лечения рака путем нагрева опухоли: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 20/09/2019
Ученые СФУ предлагают новый метод для борьбы с онкологией
Gorodskoyportal.ru/krasnoyarsk, 19/09/2019
Российские ученые нашли новый способ лечения опухолей
РИА ФедералПресс, 19/09/2019
Российские ученые нашли новый способ лечения опухолей
Elentur (elentur.com.ua), 19/09/2019
Лечение опухоли с помощью нагревания
Spark.ru, 19/09/2019
Сибирские ученые будут лечить от рака нагревом опухоли
Ndn.info, 20/09/2019
Красноярские ученые нашли замену химиотерапии
Kgs.ru, 23/09/2019
Красноярские ученые нашли замену химиотерапии
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 23/09/2019
Красноярские ученые нашли замену химиотерапии
REDom (redom.ru), 23/09/2019
Красноярские ученые нашли замену химиотерапии
24sibinfo.ru, 23/09/2019
Нагреть и уничтожить
Стимул (stimul.online), 23/09/2019

Похожие новости

  • 16/03/2017

    Светящиеся бактерии измерят радиоактивность

    ​Сибирские биофизики провели экспериментальное исследование биологического эффекта низкодозовой гамма-радиации. Результаты исследования представлены в одном из ведущих мировых научных журналов по радиоактивности окружающей среды Journal of Environmental Radioactivity.
    1861
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    1315
  • 08/07/2017

    Российские ученые получили чувствительные к малым дозам радиации белки

    Группа исследователей из Института биофизики СО РАН, Красноярского государственного аграрного университета, Сибирского федерального Университета (СФУ), а также МГУ им. М. В. Ломоносова разработала чувствительный к радиации белковый комплекс, сообщает пресс-служба СФУ.
    1477
  • 10/12/2018

    Исследовано влияние лекарства от грибка на пшеницу

    ​Российские исследователи изучили токсические эффекты, которые противогрибковые препараты (фунгициды) оказывают на посевы пшеницы, зараженные плесневым грибом фузариумом. Результаты работы были опубликованы в журнале Plant Physiology and Biochemistry.
    1204
  • 24/12/2018

    Белки в хвое расскажут о стрессе у деревьев

    ​Российские ученые измерили содержание белков теплового шока в хвое сосны обыкновенной и выяснили, что изменение этого параметра является прямым следствием пожаров. Свою работу они представили на Всероссийской научно-практической конференции «Механизмы устойчивости растений и микроорганизмов к неблагоприятным условиям среды».
    757
  • 14/12/2018

    Красноярские ученые оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки

    ​Экологи из Сибирского федерального университета (СФУ) оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки и изучения климата прошлого. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (1, 1).
    1172
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    1027
  • 14/07/2017

    Ученые СФУ будут отслеживать изменения климата по кольцам тибетских деревьев

    ​Международная группа исследователей с участием российских ученых из Сибирского федерального университета (СФУ) разработала эффективный метод оценки влияния климатических изменений на развитие растений, основанный на математическом моделировании, сообщила пресс-служба СФУ.
    1120
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    1186
  • 30/10/2018

    Ученые из РФ, Египта и Германии предложили простой способ определения пола финиковых пальм

    ​Ученый Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Египта и Германии выявили молекулярные маркеры (ДНК- маркеры), которые позволили им определить пол финиковых пальм на стадии саженцев, что необходимо для успешной культивации этих растений.
    701