11.02.2020
Университет ИТМО
1

Ученые нашли способ неинвазивно высвобождать лекарственный препарат из полимерных носителей внутри раковых клеток

4.9

Концепция, в разработке которой приняли участие исследователи Университета ИТМО, построена на взаимодействии резонансных полупроводниковых наночастиц — оксида железа со светом.

Ученые нашли способ неинвазивно высвобождать лекарственный препарат из полимерных носителей внутри раковых клеток / ©www.euroonco.ru

Резонансные полупроводниковые наночастицы способны локально нагреваться от воздействия лазера и преобразовывать получаемый свет в тепло. Если такими резонансными частицами модифицировать оболочку полимерных контейнеров (капсул), которые используются в качестве средств для доставки биоактивных веществ в клетки и облучить их лазером, то из-за тепла произойдет деформация полимерных капсул и дистанционное высвобождение лекарств в нужном месте в нужное время. Исследование опубликовано в журнале Laser and Photonics Reviews.

Над исследованием в области неинвазивного раскрытия капсул с лекарствами в раковых клетках при помощи оптического излучения работала международная команда физиков, химиков и биологов. За синтез и оптическую характеризацию наночастиц оксида железа отвечали ученые Университета ИТМО, французские коллеги помогли составить полный спектр характеризаций структур оксида железа, который используется в качестве полупроводниковой наночастицы. Коллеги из Китая сделали возможной визуализацию процесса вскрытия капсул с лекарством, а сотрудники Первого мединского университета Санкт-Петербурга провели биологические эксперименты по доставке противоопухолевого препарата в первичные опухолевые клетки.

В настоящее время существуют противоопухолевые лекарственные препараты, которые способны эффективно бороться со злокачественными новообразованиями. Но, к сожалению, они направлены не только в отношении пораженных клеток и тканей, но и в отношении здоровых. Поэтому необходимы новые подходы для борьбы с раком. Одним из таких подходов является доставка лекарственных препаратов с помощью микро- и наночастиц, при которой создаются локально высокие концентрации препарата в зоне опухоли при минимальных системных концентрациях во всем организме.

Идея доставки лекарств с помощью нано- и микрочастиц заключается в следующем: частицы, загруженные лекарством, вводятся в организм и накапливаются в зоне опухоли. Чтобы неинвазивно высвободить лекарственный препарат, необходимо сделать частицы-носители светочувствительными. Для этого можно использовать резонансные полупроводниковые наночастицы из оксида железа, которыми модифицируются полимерные контейнеры (капсулы). Далее при облучении модифицированных полимерных контейнеров наночастицы оксида железа нагреются и лекарство неинвазивно высвободится.

Более того, преимущество оксида железа состоит том, что этот материал не только эффективный нанонагреватель, но и локальный нанотермометр. То есть при нагреве частиц можно контролировать температуру, тем самым предотвращая чрезмерный нагрев здоровых клеток и тканей.

«Мы протестировали наши системы для доставки лекарств инвитро на стволовых и опухолевых клетках. Стволовые клетки в этом эксперименте были использованы как модель здоровых клеток,а опухолевые клетки — как модель больных клеток. В качестве контроля клетки были просто облучены лазером с теми же параметрами. В итоге действие противоопухолевого лекарства было направлено в отношении опухолевых клеток при облучении их лазером, в то время как в отношении здоровых клеток практически не наблюдалась токсичность лекарств. Контрольные клетки также выжили по окончании эксперимента, что говорит о том, что опухолевые клетки погибли в результате высвобождения лекарства. Таким образом были созданы эффективные светочувствительные системы для доставки лекарств в клетки», — рассказал Михаил Зюзин.

Разработанные системы для доставки лекарств в клетки могут быть использованы как локальные нанотермометры, что делает их многофункциональными. «Наночастицы в данном случае выступают как преобразователи света в тепло и одновременно как термометр. Дело в том, что измерить температуру традиционными способами на таких маленьких объектах крайне сложно. Например, есть разные методики, которые используют красители, которые при достижении определенной температуры выгорают и перестают светить.

Но проблема в том, что это не многоразовая термометрия, а также она бинарна, то есть мы можем понять только: это выше какой-то температуры или ниже — да или нет. Конкретных показателей там не будет. А полупроводниковые наночастицы эффективно поглощают свет и преобразуют его в тепло. Из-за этого у него начинает немного меняться частота колебания кристаллической решетки и иначе начинает рассеиваться свет. По этим изменениям мы можем определить то, насколько мы нагрели частицу, а также видим на спектрометре эти данные», — объяснил Георгий Зограф.

Исследователи намерены продолжать работу и развивать полученные результаты. На следующий год запланировано проведение доклинических исследований на лабораторных животных in vivo.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 09:29
ФизТех

Переключения магнетиков между спиновыми состояниями могут передавать логический сигнал, и этим процессом можно заменить перенос электронов в современных процессорах. Ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход соединения железа между состояниями. Это поможет разработать процессоры и устройства памяти с большим отношением производительности к количеству потребляемой энергии.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Вчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

Как наночастицы будут доставляться в опухолевые клетки — понятно. Не понятно — как к ним потом неинвазивно подводить лазерное излучение?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: