Умные наночастицы
Радиация может точнее бить по раковым клеткам
Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского совместно с коллегами из Института теоретической экспериментальной биофизики и Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН предложили способ повысить эффективность лучевой терапии без увеличения дозы облучения. Они разработали платформу на основе наночастиц диоксида церия (CeO), предназначенную для усиления радиационного повреждения опухолевых клеток.
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Наночастицы диоксида церия считаются перспективными усилителями эффекта радиационного излучения благодаря их способности участвовать в окислительно-восстановительных процессах и усиливать вызванное радиацией образование активных форм кислорода. Однако их практическое применение осложняется низкой устойчивостью в водных средах и, как следствие, ограниченной биодоступностью. Чтобы решить эту задачу, ученые разработали платформу на основе наночастиц диоксида церия, заключенных в силоксановую оболочку — соединение оксида кремния.
Такая оболочка обеспечивает высокую стабильность частиц в воде и физиологических растворах, предотвращает их слипание и не экранирует активный центр наночастиц. При этом радиосенсибилизирующие свойства диоксида церия полностью сохраняются, что позволяет рассматривать разработку не как замену радиотерапии, а как ее функциональное дополнение.
«Мы разработали наночастицы, которые делают лучевую терапию опухолей более эффективной, не усиливая само облучение. Проще говоря, мы помогаем радиации “бить точнее” по раковым клеткам»,— объясняет ведущий научный сотрудник лаборатории неорганической химии Ольга Горячева.
Для изучения поведения частиц в клетке наночастицы были помечены люминесцентной меткой. Это позволило проследить их внутриклеточное распределение и показать, что частицы эффективно проникают в опухолевые клетки и накапливаются преимущественно внутри них. Во время облучения такие наночастицы усиливают образование активных форм кислорода, что приводит к повреждению ключевых клеточных структур, прежде всего — митохондрий, отвечающих за снабжение клеток энергией. В результате раковые клетки теряют способность к выживанию и делению.
В нормальных клетках аналогичный эффект выражен значительно слабее, что делает новый подход перспективным с точки зрения снижения побочных эффектов. По данным авторов, в рабочих концентрациях наночастицы обладают низкой токсичностью без облучения. В дальнейшем оболочка из оксида кремния может служить основой для дополнительной функционализации — например, для селективного направления наночастиц в конкретные типы опухолей или включения диагностических меток.
В долгосрочной перспективе такой подход может привести к более щадящей и эффективной лучевой терапии — с меньшим числом побочных эффектов и лучшим качеством жизни для пациентов, проходящих терапию. До клинического применения технологии предстоит пройти долгий и сложный путь многоэтапных клинических испытаний и исследований на животных моделях. Но предлагаемая технология поможет в будущем более эффективно бороться с онкозаболеваниями.
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда №22-63-00082. Подробности исследования опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.