Сотрудники Института автоматики и процессов управления ДВО РАН получили золотокремниевые наночастицы, которые способны убивать раковые клетки. В обозримой перспективе эта разработка может стать востребованной медицинской технологией.
Как создатели новых частиц шли к своей цели, рассказал "Российской газете" руководитель лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак. В лаборатории с длинным и малопонятным неспециалисту названием трудятся 16 сотрудников, создающих новые перспективные материалы. Атмосфера соответствующая: герметичные двери, похожие на скафандры костюмы и камеры с перепадом давления.— Естественно, когда мы пытаемся разработать какие-то материалы, в голове держим варианты их потенциального применения, — говорит руководитель лаборатории. — То есть пытаемся создать материал с определенными свойствами, удовлетворяющими заявленным параметрам. И в плане работ с наночастицами была задача, чтобы они поглощали свет в ближнем инфракрасном диапазоне, при котором излучение может проникать довольно глубоко в биологические ткани. Речь идет о двух интервалах длины волн: 700—900 и 1100—1500 нанометров. Их используют для различных диагностических целей — например, просвечивания сосудов. «Прозрачность» биологических тканей для излучения такой длины означает, что они его не поглощают и, соответственно, не нагреваются. Между тем известно, что одним из методов лечения злокачественных опухолей является гипертермия — нагревание до 43—47°С, которое убивает раковые клетки. Над созданием эффективных материалов для гипертермии сегодня работают многие отечественные и зарубежные исследователи. Александр Кучмижак с коллегами тоже поставили себе такую задачу: адаптировать лазерные технологии для того, чтобы создать уникальные наночастицы, которые будут хорошо поглощать инфракрасную область излучения — их можно было бы внедрять в опухолевую ткань. Ранее частицы с такими свойствами создавались из золота. В ИАПУ рассчитывали найти более экономичное решение. За основу взяли кремний — недорогой и биосовместимый материал. Единственная сложность — он не поглощает инфракрасное излучение, следовательно, не нагревается. — Идея была допировать кремниевые частицы хорошо поглощающим золотом, то есть внедрить золотые кристаллы в кремниевую матрицу. Сделать такие частицы получается только лазером, потому что их нужно разогревать до температуры плавления, и это как раз очень быстро делает имеющийся у нас импульсный лазер, — говорит ученый.Получить золотокремниевые частицы с заданными свойствами в лаборатории удалось еще три года назад. Для этого модифицировали самый распространенный способ их синтеза — метод лазерной абляции в жидкости. Он заключается в том, что гладкую пластину кристаллического кремния помещают в спирт и воздействуют на нее лазерным излучением. Оно «выбивает» из кристалла наночастицы. В результате этих микровзрывов частицы получаются разного размера — от 100 до 2000 нанометров.К полученному раствору с кремниевыми наночастицами добавляют ионы золота и проводят повторную лазерную обработку. В результате драгоценный металл оседает на поверхность наночастиц в виде кластеров и частично проникает внутрь. Полученные гибридные наночастицы нагреваются в три раза эффективнее, чем обычные кремниевые структуры того же размера. Их успешно протестировали в приборах опреснения воды — оказалось, что они действительно хорошо поглощают свет, причем всего спектра, и заметно увеличивают испарение: добавляя наноматериал в соленую воду, можно быстро получить пресную.— Но когда ты переходишь в область живых организмов, то требования к наноматериалам, которые могут потенциально интегрироваться в ткани и использоваться в качестве лекарственных средств, меняются. Частицы должны быть размером меньше 200 нанометров, чтобы проходить через тканевые барьеры (большие просто будут выкидываться клетками), и нетоксичными. И вопрос концентрации материала тоже пока довольно сложный и дискуссионный, — признается Александр Кучмижак.С задачей уменьшения размера частиц молодые ученые также справились. Вместо кристаллического кремния исследователи взяли его пористый аналог — он сильнее поглощает лазерное излучение по сравнению с кристаллическим. Лазерная обработка такого материала позволила добиться того, что основная масса получаемых сейчас наночастиц находится в диапазоне 100—200 нанометров, что примерно в 400—500 раз меньше толщины человеческого волоса. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.Сейчас Кучмижак и его соратники налаживают взаимодействие с биологами, чтобы на практике испытать полученные наночастицы как инструмент для гипертермии опухолевых клеток. Материалы отправили ученым из МГУ и университета Нижнего Новгорода. А на Дальнем Востоке к проекту проявили интерес сотрудники Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН. Биологам предстоят тщательные и долгие эксперименты — сначала на выращиваемых клеточных культурах, а затем на мышах. Сами же физики не намерены останавливаться на достигнутом. — Есть потребность вообще исключить золото, оставив эффективность поглощения на высоком уровне. Мы сейчас пытаемся это сделать с помощью других материалов — хотим найти полупроводник, который будет поглощать свет в ближнем инфракрасном диапазоне, и сделать сплав из двух полупроводников в форме наночастиц, — делится своими планами руководитель лаборатории.В качестве нового партнера кремнию дальневосточные ученые намерены исследовать германий — полупроводник с вполне подходящими свойствами. Первые результаты работы планируют опубликовать уже в этом году. Кто знает, может быть благодаря этим разработкам лечение онкологических заболеваний с помощью метода гипертермии когда-нибудь станет доступным в любой поликлинике.фото пресс-службы ДВО РАН
