Ученые представили универсальный дешевый метод производства наночастиц для биомедицины

Российские ученые впервые представили упрощенный и легко воспроизводимый метод синтеза удлиненных наночастиц для различных биомедицинских применений:  контрастного вещества для визуализации опухолевых очагов методом МРТ или в качестве самостоятельных терапевтических агентов. Представленная технология не требует использования дорогостоящих поверхностно-активных веществ и токсичных материалов. Исследование проведено учеными Университета МИСИС совместно с коллегами из РХТУ им. Д. И. Менделеева и РНИМУ им. Н. И. Пирогова Результаты представлены в журнале ACS Applied Nano Materials (Q1).

В последние годы магнитные наночастицы (МНЧ) все чаще находят свое применение в биомедицине, в частности, лечении онкологических заболеваний. Популярность МНЧ кроется в их многофункциональности: небольшой размер позволяет проникать в организм человека, а магнитные свойства — контролировать  их поведение с помощью внешних магнитных полей. 

К таким МНЧ относятся и наночастицы феррита кобальта (CoFe₂O₄), которые обладают исключительной химической стабильностью, что очень важно для экспериментов in vitro и in vivo. При этом функциональные характеристики МНЧ сильно зависят от их формы. Наночастицы CoFe₂O₄ в форме стержней являются одним из самых перспективных, но неизученных объектов в биомедицине из-за сложности их изготовления. До сих пор эту проблему не удавалось решить при помощи наиболее часто используемых методов химического синтеза наночастиц с применением металлосодержащих прекурсоров — веществ, участвующих в реакции, приводящей к образованию итогового продукта.

Представленная коллективом ученых Университета МИСИС, РХТУ им. Д. И. Менделеева и РНИМУ им. Н. И. Пирогова технология синтеза чистых стержневых наночастиц CoFe₂O₄ не только легко воспроизводима и не требует использования дорогостоящих токсичных прекурсоров, но и является универсальной, позволяя легко синтезировать другие МНЧ из подобных материалов, таких как феррит цинка ZnFe₂O₄, феррит никеля NiFe₂O₄ и феррит марганца MnFe₂O₄.

«Метод основан на нескольких ключевых моментах: с помощью гидролиза хлорида железа вначале получается матрица, представляющая собой наночастицы оксигидроксида железа (FeOOH) в форме стержней. Далее на поверхности полученных стержней осаждается оболочка из Co(OH)₂. После этого проводится высокотемпературный отжиг, который приводит к разрушению кристаллической решетки исходных гидроксидов и образованию феррита-шпинели», — говорит соавтор исследования Алексей Никитин, инженер лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» Университета МИСИС. 

Как отмечают исследователи, синтезированные МНЧ CoFe₂O за счет стержнеобразной формы демонстрируют высокую эффективность при магнитомеханическом разрушении злокачественных образований в экспериментах in vitro, а также могут применяться в качестве контрастного вещества для МРТ. 

В планах ученых продолжить исследования и модифицировать магнитные наночастицы специфическими молекулами, чтобы связать частицы с клеточными рецепторами и контролировать активность рецепторов под действием внешних магнитных полей.