Ученые кафедры медицинской физики физического факультета МГУ совместно с коллегами с факультета фундаментальной медицины и ИТЭБ РАН (г. Пущино) показали возможность управления скоростью биодеградации (растворения в живых клетках) кремниевых наночастиц и изучили этот процесс методами люминесцентной конфокальной микроскопии и микроспектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС, или Рамановское рассеяние). Результаты исследования перспективны для разработки управляемых систем доставки лекарств на основе нанокремния.

Работа опубликована в журнале Nanomaterials. Исследование выполнено в рамках НОШ МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина».

Наночастицы кремния в настоящее время являются одним из наиболее перспективных наноматериалов для целей медицины. Ранее участниками совместного проекта уже были доказаны свойства низкой токсичности кремниевых наночастиц, возможность их использования как контейнеров для доставки лекарств, а также как сенсибилизаторов (усилителей) акустических (ультразвуковых) и электромагнитных волн терапевтических частот и мощностей.

Уникальным свойством наночастиц кремния является их способность растворяться в живых клетках и тканях (биодеградация) с образованием нетоксичной кремниевой кислоты, которая играет важную роль в регуляции метаболизма человека. Об этом рассказала руководитель работы, с.н.с. физического факультета МГУ Любовь Осминкина.

В представленной работе наночастицы кремния были получены измельчением массивов кремниевых нанонитей, а, как установлено, структурными свойствами которых можно управлять в процессе их синтеза. При этом можно получить как высокопористые наночастицы, так и абсолютно непористые.

Оба типа наночастиц не демонстрировали токсических свойств вплоть до очень высоких концентраций, 800 μg/ml, при инкубации как с раковыми, так и с нормальными клетками человека, что было доказано группой Бориса Животовского, проф. факультета фундаментальной медицины МГУ.

Люминесцентные свойства наночастиц и наличие у них уникальных Рамановских спектров, сигналы которых изменяются из-за квантово-размерных эффектов в кремниевых нанокристаллах при их растворении, позволили сочетанием методов люминесцентной конфокальной микроскопии и микроспектроскопии Рамановского (комбинационного) рассеяния света исследовать скорость биодеградации наночастиц непосредственно в живых клетках.

Было обнаружено полное и быстрое, в течение 24 часов, растворение пористых наночастиц, в то время как сигнал от непористых наночастиц наблюдался в течение 7 дней их инкубации с клетками и вплоть до 20 дней инкубации в модельных биологических жидкостях.

Учитывая, что химический состав поверхности одинаков для двух типов наноматериалов, авторы связали более быстрое растворение пористых наночастиц с сочетанием двух морфологических факторов: большие объем и диаметр пор, которые способствуют более быстрому проникновению жидкости (лучшее «смачивание»); большая внутренняя поверхность и меньшие нанокристаллы, которые способствуют более быстрому растворению наночастиц, – объяснил ведущий автор работы, н.с. физического факультета МГУ Максим Гонгальский.

Результаты представленной работы найдут продолжение при разработке новых систем управляемой доставки лекарств на основе кремниевых наночастиц, над которыми в настоящее время работают ученые.

Исследование поддержано грантами Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований.