При онкологических заболеваниях важно вовремя обнаружить растущую опухоль, и не просто обнаружить, а точно определить ее границы. Для этого нужно какое-то вещество, которое можно было бы легко увидеть «снаружи» и которое, попав в организм, связывалось бы раковыми клетками.

В последнее время в качестве такого диагностического средства все чаще пытаются использовать наночастицы. Перед органическими соединениями у них есть преимущество: органические вещества недолговечны и быстро расщепляются, наночастицы же остаются в организме долго и их можно использовать в самых разных органах и тканях. Однако с ними есть проблема – наночастицы не всегда безопасны. Например, известные полупроводниковые наночастицы, называемые квантовыми точками, обладают уникальными люминесцентными свойствами (то есть субстрат, с которым они связались, можно обнаружить по свечению), но они притом довольно токсичны, так что использовать их можно только при анализе клеток в пробирке.

Исследователи из Университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали наночастицы, которые отличаются от квантовых точек в выгодную сторону. Они состоят из оксида гафния со встроенными в него ионами редкоземельных металлов, в частности, европия и тербия: редкоземельные элементы отвечают за люминесценцию, а оксид гафния играет роль прозрачной матрицы, поддерживающей это свечение. Преимущество же их в том, что оксид гафния никак не вредит клеткам.

С другой стороны, редкоземельные элементы схожи по размеру атомов с гафнием, так что в кристаллической решетке наночастиц гафний местами заменили на них. Такие замены позволяют менять спектр свечения: например, частицы с тербием дают зеленый свет, а с европием – красный. Частицы с разной светимостью могут быть полезны для решения узких задач.

Кроме того, наночастицы, благодаря заменам одних атомов на другие, получают дополнительный поверхностный заряд, так что они не слипаются, а равномерно распределяются в биологических жидкостях. (Это значит, например, что они не будут закупоривать сосуды.)

Редкоземельные элементы сами по себе все-таки токсичны, однако, будучи встроены в решетку оксида гафния, клеткам они не вредят. В статье в Colloids and Surfaces B: Biointerfaces авторы пишут, что такие наночастицы можно использовать как для визуализации опухолей, так и для детекции сосудистых повреждений при инфарктах и инсультах. В перспективе же они, возможно, пригодятся не только для диагностики, но и для лечения: под действием рентгеновских лучей гафний и редкоземельные элементы ионизируют вокруг себя молекулы воды, а те превращаются в агрессивные свободные радикалы, способные убить раковые клетки.

Другой способ «наноборьбы» со злокачественными опухолями предлагают в своей статье в Nature Communications исследователи из Массачусетского технологического института. Известно, что одна из задач иммунитета – истреблять раковые клетки. Для этого у иммунной системы есть разные средства, и одно из них – особый белок TRAIL, который сидит на мембране иммунных клеток: когда иммунная клетка касается белком TRAIL раковой клетки, то в раковой запускается апоптоз – программа клеточного самоубийства.

Эксперименты с лекарственными препаратами на основе TRAIL неожиданно показали, что его эффективность зависит от того, какие механические силы действуют на раковые клетки: если они находятся под действием гидродинамических сил, которые их тянут и растягивают, то чувствительность к иммунному белку у них повышается.

Значит, для большего терапевтического эффекта нужно усилить механическое воздействие на клетки. Для этого и понадобились наночастицы. Их сделали из биоразлагаемого полимера PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)) и покрыли другим полимером, полиэтиленгликолем, к которому присоединили антитела, связывающиеся со специфическими белками раковых клеток. Частицы, введенные кровь, прилипали к метастазным опухолевым клеткам, и из-за того, что клетки находились в потоке крови, наночастицы многократно усиливали гидродинамические силы, действующие на клеточную мембрану.

Фото: Люминесцирующий раствор наночастиц из оксида гафния с редкоземельными элементами. Фото: ИТМО

Читать далее.