Синтезированные из золота и оксидов железа новые наноструктуры благодаря своей уникальной звездообразной форме обладают улучшенными магнитными и оптическими свойствами. Частицы могут использоваться для проведения фототермальной терапии раковых опухолей, при которой больные клетки нагреваются и разрушаются под действием света. Для здоровых клеток человека полученные наночастицы безопасны. В исследовании приняли участие специалисты Балтийского федерального университета (БФУ) им. Иммануила Канта вместе с зарубежными коллегами.
Наногетероструктуры — это наноразмерные объекты, состоящие из нескольких функциональных соединений с различными физико-химическими свойствами, например, из металла и оксида металла. От взаимного расположения компонентов такой структуры зависят ее магнитные и оптические свойства.
Магнитные свойства позволяют управлять движением наноструктур в организме с помощью внешнего магнитного поля, что, в частности, может вызвать разрушение раковых клеток, если приложить низкочастотное магнитное поле.
Оптические свойства помогают визуализировать, то есть отслеживать частицы в организме человека. Они дают возможность проводить фототермальную терапию, при которой клетки нагреваются и разрушаются под действием света определенной длины волны.
Оптические и магнитные свойства могут использоваться совместно, что обеспечит более эффективное разрушение раковых клеток.
Ученые синтезировали из золота и оксидов железа наноструктуры, которые можно использовать при фототермическом и магнитомеханическом лечении онкологических заболеваний. Полученные частицы обладают звездообразной формой и имеют ядро из золота, окруженное оболочкой из оксида железа. Исследователи показали, что форма и оптический отклик частиц отлично подходят для комбинированной терапии рака.
Кроме того, ученые проверили действие частиц на клетки рака молочной железы, а также на культуру клеток, из которых в норме образуются стенки кровеносных сосудов. Клетки предварительно выдерживали с культуральной средой (вещество, предназначенное для выращивания разных типов клеток) с заранее определенными концентрациями наночастиц.
Оказалось, что наноструктуры обладали хорошей биосовместимостью, то есть были малотоксичными и не влияли на жизнеспособность здоровых клеток. При этом под воздействием переменного магнитного поля низкой частоты жизнеспособность раковых клеток с наноструктурами снижалась на 65%, а при воздействии света — на 45% за счет локального нагрева наночастиц. Эффективность подхода также была подтверждена морфологическими изменениями в раковых клетках, включая их «усадку» после терапии переменным магнитным полем или светом.
«Целью данного исследования были разработка и исследование многофункциональных наночастиц с особыми магнитными и оптическими свойствами. Такие наночастицы являются перспективным материалом для использования в биомедицине для лечения раковых заболеваний. Поэтому в данной статье, помимо подробной характеризации физико-химических свойств полученных образцов, были проведены исследования цитотоксичности при приложении различных внешних стимулов (оптического излучения и магнитного поля) и показана эффективность обоих подходов», — рассказывает Александр Омельянчик, научный сотрудник Научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ им. И. Канта (Калининград).
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.