Химики университета Райса разработали способ внедрения в одну раковую клетку более чем 2 миллионов золотых наностержней. Это достижение является решающим шагом на пути разработки метода уничтожения опухолей путем локального нагрева.

По словам руководителя исследования адъюнкт-профессора Евгения Зубарева (Eugene Zubarev), масса используемых в экспериментах клеток рака молочной железы увеличивалась за счет проникающих в них наночастиц примерно на 13%. При этом клетки продолжали совершенно нормально функционировать.

Рис. 1. На рисунках из статьи в Angewandte Chemie
вверху – наностержни, внизу – «нашпигованная»
ими раковая клетка.

Сами по себе золотые наночастицы неспособны причинить вред опухоли, однако они могут накапливать энергию света, испускаемого лазером, и конвертировать ее в тепловую энергию. Однако для достижения температуры, достаточной для уничтожения живой клетки, необходимо большое количество наностержней.

При этом чем больше наностержней находится внутри клетки, тем меньше может быть мощность используемого лазера и время облучения. К сожалению, до сих пор ученым не удавалось нашпиговать живые раковые клетки достаточным количеством золотых наночастиц.

Основной проблемой при этом была нерастворимость золотых наночастиц в воде. Для придания им растворимости исследователи обычно прибегали к цетилтирметиламмония бромиду (CTAB) – поверхностно-активному веществу, часто входящему в состав кондиционеров для волос и являющемуся одним из ключевых компонентов процесса изготовления золотых наностержней.

CTAB обволакивает поверхность золотых наночастиц и делает их растворимыми в воде, подобно тому, как во время мытья посуды мыло растворяет капельки жира. CTAB также придает поверхности наночастиц положительный заряд, что способствует их проникновению внутрь живых клеток. Однако применение этого комплекса в медицинской практике невозможно из-за его токсичности. Считается, что причиной этой токсичности является слабая связь между поверхностью наночастиц и молекулами CTAB, определенное количество которых высвобождается в окружающую среду.

Исследователи предложили заменить токсичный CTAB родственным ему соединением MTAB, отличающимся от CTAB наличием на одном из концов молекулы двух дополнительных атомов: серы и водорода. Эти атомы позволяют соединению формировать прочные связи с поверхностью золотых наночастиц.

Кроме того, ученые разработали оптимальную стратегию синтеза MTAB и процесса обогащения и очищения, в результате которого золотые наностержни покрываются слоем MTAB, а из содержащего их раствора удаляются все остаточные количества CTAB.

Эксперименты на клетках принесли весьма обнадеживающие результаты; авторы планируют заняться тестированием разработанного ими подхода на животных моделях и, в конечном итоге, провести клинические исследования с участием онкологических пациентов.

Статья Leonid Vigderman et al. Quantitative Replacement of Cetyl Trimethylammonium Bromide by Cationic Thiol Ligands on the Surface of Gold Nanorods and Their Extremely Large Uptake by Cancer Cells опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.

Перевод: Евгения Рябцева.