Облучая инфракрасным светом специально разработанные заполненные наночастицами золота кремниевые пластины, ученые из Научно-исследовательского института Методистской больницы (The Methodist Hospital Research Institute), США, успешно «сожгли» клетки рака молочной железы. Если эта технология преодолеет клинические испытания, в арсенале врачей появится неинвазивная альтернатива хирургическому удалению опухолей, которая может быть использована в сочетании с традиционными методами лечения рака, такими как химиотерапия, что сделает эти методы более эффективными.

Облучаемые инфракрасным светом
пластины кремния, заполненные полыми
наночастицами золота, успешно находят и
сжигают клетки раковой опухоли молочной железы.
(Рис. Methodist Hospital, Houston)

«При нагревании ближним ИК-лазером полые наночастицы золота могут генерировать тепло», – объясняет Хайфа Шен (Haifa Shen), MD, PhD, ведущий автор статьи об исследовании, опубликованной в журнале Advanced Healthcare Materials. «Для лечения рака наночастицы золота использовались во многих исследованиях, но их эффективность недостаточно высока: для воздействия на опухоль нужно очень много наночастиц».

Чтобы усилить ответ наночастиц золота на инфракрасный свет, доктор Шен и его коллеги обратились к технологии, разработанной президентом Научно-исследовательского института Методистской больницы (The Methodist Hospital Research Institute, TMHRI) доктором Мауро Феррари (Mauro Ferrari).

«Мы разработали систему, основанную на многоступенчатой векторной технологической платформе доктора Феррари для лечения рака с использованием высокой температуры, – рассказывает доктор Шен, – и установили, что тепло вырабатывается гораздо более эффективно, если загрузить наночастицы золота в пористый кремний, носитель многоступенчатых векторов».

В присутствии света с длиной волны 808 нанометров заполненные наночастицами золота частицы кремния за семь минут нагревают окружающий раствор примерно на 20°C. Частицы воды в непосредственной близости от наночастиц, как предполагается, должны быть горячее. Эксперименты показали, что при использовании таких «нашпигованных» золотом кремниевых пластин рост опухолевых клеток был самым низким в трех типах раковых клеток молочной железы – человеческих MDA-MB-231 и SK-BR-3 и мышином 4T1.

Используемые учеными кремниевые пластины – результат кропотливого труда группы доктора Феррари, разработавшей частицы, способные преимущественно связываться с клетками рака молочной железы, а не, например, со здоровыми клетками печени или иммунной системы. Как установили ученые, форма, размер частиц кремния, а также химия их поверхности – все имеет важнейшее значение. Слишком большие или неправильной формы частицы кремния связываются с несколькими типами клеток или не связываются ни с одним из них. Для улучшения взаимодействия с поверхностью раковых клеток и повышения растворимости ученые связали с кремниевыми пластинами полиаминовые структуры. Диаметр пластины – около одного микрометра, а типичной клетки рака груди – в 10–12 раз меньше.

Наночастицы золота тоже должны быть разработаны с учетом особенностей использования.

«Чтобы взаимодействовать с используемым нами инфракрасным излучением, наночастицы золота, которыми мы загружаем пористый кремний, и полость внутри них должны быть определенного размера», – разъясняет особенности золото-кремниевой технологии доктор Шен. «А длину волны инфракрасного света придется менять в зависимости от того, где находится опухоль. Если она близко к коже, мы можем использовать более короткие волны. Если опухоль глубоко – более длинные, проникающие сквозь ткани. В зависимости от этого должен изменяться и размер внутренней полости частиц золота».

И кремний, и золото почти нетоксичны для организма человека и широко используются в медицинских нанотехнологиях. Физиологические процессы превращают кремний в кислоту, которая выводится почками, а золото химически инертно.

Инфракрасный свет – тип света, используемый в пультах дистанционного управления, также намного менее опасен, чем свет с более короткой длиной волны, такой как ультрафиолет, который может повреждать ДНК, и рентгеновские лучи.

В ближайшее время ученые хотят выяснить, можно ли использовать основанные на кремнии и золоте нанотехнологии для уничтожения целых опухолей, а не только отдельных опухолевых клеток.

«Мы планируем провести доклинические исследования для изучения воздействия этой технологии на ткани в целом, клетки рака молочной железы и, возможно, рака поджелудочной железы», – делится планами доктор Шен. «Кроме того, нам хотелось бы узнать, делает ли такой подход более эффективной химиотерапию, то есть, дает ли он возможность использовать меньшее количество препаратов для достижения тех же клинических результатов. Это будет предметом наших ближайших исследований».

Аннотация к статье

Cooperative, Nanoparticle-Enabled Thermal Therapy of Breast Cancer