Химики СПбГУ объяснили связь состава и свойств наноматериалов для инновационной медицины
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета установили закономерности изменения формы и размера наночастиц, используемых в тераностике (инновационной области медицины), за счет добавления в структуру различных лантаноидов. Применение частиц определенной формы и размера важно при проведении противораковой терапии или МРТ-диагностики, где необходимо применять наиболее мелкие частицы, так как они легче проникают в клетки и способны свободно перемещаться по сосудам и венам, не закупоривая мелкие капилляры.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом международном научном журнале Nanomaterials, графическое изображение работы ученых СПбГУ попало на обложку издания. Тераностика — молодая и активно развивающаяся область медицины, которая исследует возможности создания и применения препаратов, позволяющих одновременно проводить диагностику заболеваний и их терапию с помощью специальных комбинированных материалов-препаратов. Создание таких материалов стало возможно только в последние годы — во многом в результате развития нанотехнологий.
Эти препараты позволяют найти в организме пациента проблемное место, требующее лечения, доставить туда необходимое лекарство и сразу же в режиме реального времени визуализировать для врача пораженный участок (либо методами оптической спектроскопии, либо с помощью широко используемого метода магнитно-резонансной томографии). Как отмечают ученые, комбинированные препараты не оказывают негативного воздействия на организм пациента и доставляют меньше дискомфорта во время лечения.
Для разработки таких препаратов важна практическая составляющая, но есть и важные фундаментальные проблемы. Например, принципиальным является вопрос о связи полезных свойств лекарств с размерами микро- и наночастиц, в виде которых изготавливают препараты.
Ученые Санкт-Петербургского университета изучили наночастицы на основе фторидов натрия и иттрия и редкоземельных элементов — химически инертных и нерастворимых веществ, которые не наносят вреда организму. К тому же эти элементы, как правило, обладают более яркой люминесценцией (свечением) и в перспективе могут быть использованы в качестве красителей для люминесцентной микроскопии, а также в медицинских целях (например, при проведении неинвазивной диагностики опухолей).
Во время работы команда исследователей под руководством доктора химических наук доцента кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ Андрея Мерещенко провела синтез нескольких десятков соединений, в каждом случае варьируя состав получаемого материала путем добавления различных солей редкоземельных элементов. Это было необходимо для накопления экспериментального материала для дальнейшего анализа.
«Целью этого большого исследования стал поиск закономерностей влияния природы редкоземельных элементов в составе препаратов на размер получаемых наночастиц. Для этого потребовалось провести немало однотипных исследований с контролируемым изменением состава частиц. Периодический закон дает нам возможность прогнозировать свойства еще неизвестных соединений на основании известных данных об их аналогах. Этот подход мы использовали как основной теоретический инструмент», — прокомментировал Андрей Мерещенко.
Ученые применили классический подход научной школы химиков СПбГУ, позволяющий находить и объяснять фундаментальные закономерности в свойствах веществ с помощью Периодического закона, открытого в 1869 году знаменитым универсантом Дмитрием Менделеевым. В результате ученым удалось получить частицы размером от 80 до 1100 нанометров (один нанометр составляет одну миллиардную часть метра).
Важно отметить, что размер и форма частиц прямо зависят от природы иона редкоземельного элемента. Эта зависимость носит немонотонный характер: частицы уменьшаются при переходе слева направо по ряду лантаноидов в Периодической системе от лантана до гадолиния (57–64-й элементы Периодической системы) и возрастают во второй части этого ряда — от гадолиния до лютеция (64–71-й элементы Периодической системы).
Все частицы имеют форму шестиугольных призм, для которых соотношение диаметра к высоте тоже зависит от природы редкоземельного иона, что обеспечивает изменение геометрических параметров частиц при использовании различных компонентов препарата.
Ранее химики СПбГУ синтезировали новые люминесцентные наночастицы для использования в лазерной микроскопии, а также для диагностики различных заболеваний с применением контраста. Эти наночастицы также были созданы на основе редкоземельных металлов — иттрия и европия — с добавлением ионов гадолиния.
«Интересно было обнаружить, что именно в случае с гадолинием размер частиц оказывается минимальным. Ведь препараты на его основе наиболее перспективны для использования в МРТ-диагностике за счет своих магнитных свойств, аналогичные препараты уже можно найти. А уменьшение размера частиц позволяет повысить их проникающую способность в клетки с любым размером пор и, соответственно, применять их для любых живых тканей», — объяснил первый автор научной статьи Никита Богачев, старший преподаватель кафедры общей и органической химии СПбГУ.
В настоящее время коллектив продолжает работу и теперь нацелен на оптимизацию направленного синтеза частиц, обладающих многофункциональными свойствами: способных к излучению света под действием ультрафиолета, электромагнитного поля или других возмущений (люминесценции) и вместе с этим применимых в качестве состава МРТ-контрастов.
Исследования проведены на оборудовании ресурсных центров Научного парка СПбГУ, позволившем провести анализ частиц с использованием инструментальных методов. В синтезе частиц приняли участие молодые сотрудники научного коллектива — обучающиеся 1–2-го курсов Санкт-Петербургского университета. Работа выполнена в рамках гранта президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — докторов наук.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно