Биосовместимые наночастицы золота ускорят индивидуальную диагностику и лечение рака

26 мая 2020 г., Москва — Международная группа исследователей НИТУ «МИСиС» и Университета Клемсона (Clemson University, Клемсон, США) предложила новый способ получения наночастиц золота, основанный на синтезе под воздействием ультрафиолета. Способ исключает использование агрессивных химических агентов, полученные наночастицы безопасны для организма и могут применяться для диагностики и терапии онкологических заболеваний. Результаты опубликованы в международном научном журнале Biomaterials Science.

Онкологические заболевания остаются одной из самых распространённых причин смертей мире. Поэтому исследователи не перестают искать способы диагностики и терапии рака, в том числе с использованием все более востребованных сейчас нанотехнологий.

Золотые наночастицы используются в процессе катализа, в электронике, солнечных элементах, но наибольший интерес они представляют с точки зрения биомедицины. Их важное преимущество – сочетание свойств, необходимых для так называемого биоимиджинга, то есть детальной диагностики опухоли и последующей терапии.

В качестве агентов для биоимиджинга золотые наночастицы обычно используют в компьютерной томографии. Терапию опухоли с применением наночастиц золота можно проводить за счет так называемой фототермической терапии, когда частицы сначала накапливаются в опухоли, а потом разогреваются под действием внешнего поля и уничтожают раковые клетки.

При этом существующие методы получения золотых наночастиц обычно требуют использования достаточно агрессивных химических агентов, что затрудняет их дальнейшее использование в биомедицине, либо требуют нескольких стадий синтеза, что удорожает производство.

В своей работе ученые НИТУ «МИСиС» и Университета Клемсона предлагают новый «экологичный» способ получения золотых наночастиц, при котором соль золота HAuCl4 смешивается с сополимером в составе: полимолочная кислота-полиэтиленгликоль в присутствии поливинилового спирта и особого фотоинициатора Irgacure. Новая технология исключает использование агрессивных веществ и химических агентов, токсичных для живого организма.

«Несмотря на длинный и немного пугающий названиями список компонентов, все они в высокой степени биосовместимы и активно используются в биомедицине, — пояснил один из соавторов работы, научный сотрудник лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», PhD Роман Акасов. – Полученная смесь перемешивается под действием ультразвука, формируя двойную эмульсию вода-масло-вода. Дальше ее можно облучить ультрафиолетом, в результате чего в растворе происходит формирование наночастиц золота. При этом частицы окружены полимером, который придает им свойства биосовместимости и устойчивости в водных растворах. Эмульсия при этом превращается из беловато-прозрачной в красную, что является индикатором успешного проведения фотополимеризации. Размер частиц в наших экспериментах составлял около 100 нанометров, что привлекательно для биомедицинских применений, и частицы не были токсичны для клеток».

Также в работе авторам удалось показать, что золотые наночастицы накапливаются в цитоплазме клеток — как опухолевых глиомных, так и иммунных клетках макрофагах. Это открывает возможности индивидуальной диагностики и терапии опухолевых заболеваний. В дальнейшем планируется модифицировать поверхность наночастиц специальными молекулами, чтобы адресно находить опухоль в организме. Однако исследователи предлагают и другой вариант использования своего метода – как биоконструктор.

Полученные эмульсии могут вводиться в клетку или даже организм еще до этапа фотополимеризации – процесса синтеза полимеров под воздействием света – и синтезироваться в золотые наночастицы непосредственно в исследуемой ткани. При этом по свойствам полученных наночастиц можно будет судить об особенностях живой среды, в которой они находятся, что может быть важным инструментом для изучения биологии клетки и процессов, которые происходят в ней.

В настоящий момент группа продолжает серию лабораторных опытов в рамках доклинического этапа исследований.