Наночастицы против рака

Ученые кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ совместно с коллегами из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН усовершенствовали метод создания кремниевых наночастиц, декорированных более мелкими золотыми частицами. Такие наночастицы могут повысить эффективность уничтожения раковых опухолей методом фотогипертермии.

Кремниевые наночастицы представляют интерес для диагностики и терапии в ряде биомедицинских приложений, в частности в качестве агентов для фотогипертермии. Наночастица помещается в область, где расположена злокачественная опухоль, и облучается светом в окне прозрачности биоткани (ближний ИК-диапазон). За счет увеличенного поглощения частицами опухоль нагревается сильнее и разрушается при температуре, превышающей 42 °С, в то время как здоровая ткань без наночастиц остается целой.

«Кремниевые наночастицы хороши тем, что они биосовместимы и мы можем управлять их размерами, но при этом кремний плохо нагревается в ближнем ИК-диапазоне из-за слабого поглощения падающего излучения. Чтобы повысить эффективность нагрева, нужно либо увеличивать концентрацию наночастиц, что плохо для биосовместимости и биодеградируемости, либо модифицировать частицы какими-то поглощающими веществами, слаботоксичными для живых организмов. В частности, если в кремний добавить частицы благородных металлов, то за счет плазмонного поглощения* нагрев будет больше — отсюда идея создания кремний-золотых частиц», — прокомментировал Станислав Заботнов, доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ. 

Доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ Станислав Заботнов

vega.phys.msu.ru

Для хорошей биосовместимости наночастицы должны быть химически чистыми (без токсичных примесей, которые могут являться остаточными продуктами химических реакций в случае применений нанотехнологий химического синтеза. Поэтому ученые использовали метод лазерной абляции** кремния в жидкости — эта технология позволяет минимизировать количество нежелательных примесей. Пластины кристаллического и пленки пористого кремния помещались в изопропиловый спирт, куда добавляли золотохлористоводородную кислоту, что приводило в процессе абляции к покрытию (декорированию) формирующихся кремниевых наночастиц золотыми включениями. В результате получились нанокомпозиты со структурой типа «ядро — спутник»: кремниевое ядро размером несколько сотен нанометров, декорированное золотыми кластерами с характерными размерами, не превышающими нескольких десятков нанометров.

Предложение ученых использовать для абляции не только мишени монокристаллического кремния, но и пористого позволило добиться улучшения распределения нанокомпозитов по размерам: в случае абляции монокристаллического кремния средний размер частиц получался 600 нм с широким распределением по размерам, а в случае пористого кремния средний размер составил 200 нм, а распределение по размерам стало существенно у́же. 

Частицы меньшего размера обладают двумя преимуществами. Во-первых, их легче внедрять в живые организмы. Во-вторых, расчет плазмонного поглощения для ближнего ИК-диапазона (длины волн вблизи 800 нм) показывает, что для полученных наночастиц со средним размером 210 нм реализуются оптимальные условия для нагрева, что практически соответствует случаю абляции пористого кремния, а декорирование золотом обеспечивает дополнительное увеличение эффективности нагрева в три раза по сравнению с использованием частиц без декорирования. 

«Таким образом, мы показали потенциальную возможность улучшить свойства кремниевых наночастиц при использовании нашего метода производства. В дальнейших планах — использовать получившиеся нанокомпозиты для лечения раковых опухолей с помощью фотогипертермии», — рассказал Вячеслав Нестеров, аспирант кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ.

Результаты работы опубликованы в журнале Q1 ACS Applied Nano Materials.

По материалам пресс-службы МГУ

* Лазерная абляция — выбивание продуктов абляции (атомы, брызги мишени) лазерным излучением. Частицы агломерируют в кремниевые остовы; эффективность агломерации и покрытие группами зависит от того, в каком молекулярном окружении происходит процесс. Изопропиловый спирт выступает как поверхностно активное вещество, которое позволяет ионам золота «прилипать» к частицам кремния. Эффективность процесса зависит от концентрации ионов золота.