Ученые разработали новый вид люминесцентных наночастиц, приспособленных для транспорта лекарств в опухолевые ткани и визуального контроля лечения. В отличие от многочисленных своих аналогов эти пористые кремниевые наноструктуры не токсичны, биоразлагаемы, а их метаболиты хорошо выводятся из организма почками.

В современной нанобиомедицине сформировался огромный пласт работ, посвященных использованию наночастиц для направленной доставки лекарств, диагностики и неинвазивного контроля процессов лечения. Ученые уже научились «видеть» наночастицы внутри живого организма, инкапсулировать в них лекарства или наоборот, покрывать их лекарственными агентами, и даже создавать наночастицы, растворяющиеся в организме. Однако основная проблема  – это необходимость сочетания всех этих свойств в одном типе наночастиц, поскольку каждое из них чрезвычайно критично для здоровья пациента и результатов нанотерапии.

Несмотря на сложность такой задачи, перспективы биомедицинской практики с использованием наночастиц, многочисленные изобретения и успехи в этом направлении заставляют ученых прилагать усилия для того чтобы все же изыскать подходящие решения.

Наиболее узким местом использования наночастиц в направленной доставке лекарств оказывается контроль дальнейшей «судьбы» тех частиц, которые не достигли в процессе распределения в органах пораженной заболеванием цели. Большой вклад в этот негативный эффект вносит фагоцитарная система организма, распознающая и инкапсулирующая чужеродные объекты. Результатом этого становится токсическое действие препарата. К тому же частицы, не выполнившие свою функцию, не имеют способности к биоразложению и образованию легко выводимых из организма нетоксичных метаболитов.

Американские ученые из Калифорнийского и Массачусетского университетов создали лекарство на основе пористых кремниевых люминесцентных наночастиц, акцентируя внимание именно на проблеме биоразложения и выведения не достигших цели лекарственных частиц. Частицы были изготовлены с помощью воздействия электрического тока на монокристаллические кремниевые пластины (электрохимическое травление), с последующей обработкой ультразвуком. После фильтрования полученная субстанция состояла из наночастиц диаметром около 120 нм, содержащих 5–10 нм поры. Дополнительное кварцевое покрытие наночастиц придало им свойство фотолюминесценции в ближней инфракрасной части спектра (650–900 нм), которая очень удобна в работе in vivo, поскольку ни ткани, ни органы не поглощают фотолюминесценцию в этой области. Вообще, люминесцентные материалы обладают большей фотостабильностью (способностью многократно и долговременно сохранять качественное излучение), чем флуоресцентные материалы (такие как широко распространенный флуоресцеин или цианиновые флуорофоры).

Полученные наноструктуры прекрасно адсорбировали лекарственные вещества, и в то же время не уступали в интенсивности фотолюминесценции водорастворимым кремний-кварцевым люминесцентным аналогам, что позволило одновременно провести мониторинг аккумуляции наночастиц в тканях и определить эффективность биоразложения.

Проведенные исследования in vivo (мышиные модели раковых заболеваний) с использованием известного противоракового агента доксорубицина продемонстрировали успешное попадание лекарства в опухолевые ткани. Наночастицы через некоторое время самостоятельно переходят в растворимую форму (с образованием кремниевой кислоты) и полностью выводятся из организма (почечный клиренс 1–4 недели), не проявляя никаких следов токсического воздействия. Отсутствие токсичности является прямым следствием того, что время выведения наночастиц в данном случае значительно меньше, чем при лечении с использованием с углеродных нанотрубок, наночастиц золота и квантовых точек.

В полученных растворимых наночастицах ученые видят важный объект для дальнейшей разработки многофункциональных наноструктурированных лекарств.

Мария Костюкова