Наносеребро для терапии и диагностики

-->

Сегодня наша повседневная жизнь уже немыслима без нанотехнологий. Невозможно представить себе без них и медицину – как диагностику, так и лечение. Оптические – так называемые плазмонные– свойства благородных металлов делают возможным их использованию в биомедицине, например, в таких областях, как адресная доставка лекарств, терапия рака и медицинская визуализация. Наносеребро в наибольшей степени соответствует требованиям, предъявляемым к материалам в этой области, так как демонстрирует самые низкие плазмонные потери из всех материалов в УФ/видимой области спектра.

Однако при использовании наносеребра возникает единственная, но очень серьезная проблема: наночастицы выделяют токсичные для клеток ионы серебра. Ученым Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, ETH Zurich) во главе с Сотирисом Пратсинисом (Sotiris Pratsinis), профессором Технологического института ETH Zurich, удалось разработать наночастицы серебра, которые не только не выделяют токсичных ионов, но и сохраняют при этом свои плазмонные свойства. Это означает, что они могут быть использованы в медицине в качестве плазмонных датчиков, или сенсоров, для выявления самых разнообразных патогенов или в терапевтических целях.

2_94.jpg Профессор ETH Zurich
Сотирис Пратсинис (Sotiris Pratsinis).
(Фото: uni-due.de)

Чтобы обойти проблему токсичности, ученые покрыли наночастицы слоем диоксида кремния толщиной в два нанометра. В серии экспериментов исследователи сравнили воздействие необработанных наночастиц с воздействием частично или полностью покрытых такой оболочкой и установили, что прозрачная оболочка не влияет на особые световые свойства таких биосенсоров, если частицы покрыты ею герметично. А так как ионы серебра не могут проникнуть через оболочку, клетки остаются вне опасности. Объединив свою работу с профессором Отделения биосистем ETH Zurich Свеном Панке (Sven Panke), ученые убедились в этом, добавив частицы к лабораторной культуре грамотрицательных бактерий кишечной палочки Eschericha coli. Бактерии продолжали нормально размножаться, подтверждая безопасность наночастиц.

Особые плазмонные свойства связаны с квантовыми эффектами электронов наночастиц серебра: свет взаимодействует с электронами поверхности плазмонных сенсоров, заставляя их колебаться. Входящий свет, таким образом, поглощается и рассеивается. Поэтому плазмонные сенсоры светятся при так называемом темнопольном освещении (dark-field illumination). Следовательно, они просто находка для обнаружения, например, вирусов, бактерий или раковых клеток и для доставки медицинских препаратов к определенным органам и тканям.

Связанные со специфическими антителами частицы могут взаимодействовать с заранее заданными биомолекулами. Более того, в сотрудничестве с Институтом биомедицинской инженерии ETH Zurich ученым удалось показать, что их можно использовать и как так называемые label-free датчики. Это означает, что любые белковые молекулы в крови связываются с таким датчиком путем простого физического поглощения и могут быть обнаружены. Такая возможность была показана в экспериментах с использованием бычьего сывороточного альбумина в качестве модельной белковой молекулы. Связавшиеся с сенсором белковые молекулы вызывают локальное изменение показателя преломления на плазмонных датчиках. Более высокий показатель преломления раствора сдвигает оптическое поглощение сенсора к большей длине световой волны. Это делает биомолекулы видимыми и позволяет легко обнаружить их.

Новые наночастицы имеют и еще одно преимущество: оболочка из диоксида кремния делает их стабильными в сывороточных суспензиях без добавления химических веществ, способных исказить результаты эксперимента.

В недавно опубликованной в журнале Chemistry of Materials статье профессор Пратсинис и его коллеги описывают, как можно улучшить функциональность наночастиц серебра, покрытых диоксидом кремния. В сотрудничестве с Институтом геофизики ETH Zurich ученые покрыли частицу оксида железа и частицу серебра одной общей оболочкой, сделав биосенсор магнитом.

1_84.jpg Разработанные учеными ETH Zurich наночастицы с ядром из серебра (Ag) покрыты оболочкой из
оксида кремния (SiO2) толщиной 2 нм, предотвращающей выделение токсичных ионов этого металла.
На фото общей оболочкой окружены наночастицы серебра и оксида железа (Fe2O3).
Такой многофункциональный гибридный плазмонно-магнитный комплекс имеет широкие перспективы
использования в медицинской диагностике и терапии.
(Фото: ETN Zurich)

Как было продемонстрировано в экспериментах, проведенных в Институте биохимии ETH Zurich, такие многофункциональные гибридные частицы не теряют способности связываться с определенными клетками (например, клетками раковых линий HeLa и Raji), не обладают цитотоксичностью, не осаждаются и не образуют агломератов. Магнитные свойства наночастиц позволяют направить их к определенному органу или ткани. Наночастицы серебра могут «закрепиться» на раковых клетках и локально разрушить их при нагревании магнитным полем, создаваемым высокоэнергетическими постоянными магнитами, или инфракрасным излучением.

По мнению профессора Пратсиниса, многофункциональные гибридные плазмонно-магнитные наночастицы на основе серебра и оксида железа с покрытием из диоксида кремния предоставляют врачам чрезвычайно интересную возможность неинвазивного разрушения опухолей.

Аннотации к статьям

Non-Toxic Dry-Coated Nanosilver for Plasmonic Biosensors
Hybrid, Silica-Coated, Janus-Like Plasmonic-Magnetic Nanoparticles
Nanosilver on nanostructured silica: Antibacterial activity and Ag surface area

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (3 votes)
Источник(и):

http://www.ethlife.ethz.ch/…_su/index_EN

http://dx.doi.org/…fm.201000985