Исследователи Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ создают уникальные наночастицы на основе фторида кальция допированных европием (CaF₂:Eu), которые могут открыть новые возможности в терапии онкологических заболеваний. Эти частицы обладают удивительным свойством: при облучении рентгеном они излучают свет в видимом диапазоне — синего или оранжевого цвета. Это свечение можно «настраивать» ещё на этапе синтеза, меняя условия их получения.
Сегодня в медицине уже применяется фотодинамическая терапия (ФДТ) — метод, при котором специальное вещество (фотосенсибилизатор) под действием света вырабатывает активные формы кислорода, уничтожающие мутировавшие клетки, в том числе раковые. Фотосенсибилизаторы активно применяются для лечения кожных заболеваний, таких как псориаз, различные бактериальные инфекции, или даже рак кожи. Но у этого подхода есть серьезное ограничение: обычный свет не может проникнуть глубоко в ткани, поэтому ФДТ используют только для верхних слоев кожи. Рентгеновские люминофоры решают данную проблему, позволяя осуществлять данный вид воздействия глубже, чем в стандартном методе. Наночастицы фторида кальция с европием (CaF₂:Eu) решают эту проблему — они преобразуют рентгеновское излучение, которое легко проходит сквозь ткани, в видимый свет прямо внутри организма. Это открывает путь к лечению глубоко расположенных опухолей без тяжелых побочных эффектов.
«Особенность этих наночастиц в том, что они могут излучать свет разной длины волны в зависимости от степени окисления европия. Если в материале преобладает Eu²⁺, свечение будет синим, а если Eu³⁺ — оранжевым. Это важно, потому что разные фотосенсибилизаторы реагируют на свет разного длины волны. Изменяя условия реакции можно влиять на условия формирования дефектов, что, в свою очередь, влияет на соотношение Eu²⁺ : Eu³⁺ в материале, позволяясоздавать частицы, подходящие для конкретных медицинских задач. Например, при ультразвуковом синтезе в структуре наночастиц образуются междоузельные ионы фтора, которые влияют на их свечение и делают материал более эффективным», – рассказывает заведующая международной исследовательской лаборатории функциональных материалов Елизавета Муханова.
Когда такие наночастицы попадают в опухоль и облучаются рентгеном, они начинают светиться, активируя фотосенсибилизатор. Тот, в свою очередь, запускает химическую реакцию с образованием активные формы кислорода, который убивает раковые клетки. Преимущество CaF₂:Eu с разными степенями окисления европия в составе перед другими материалами — в его универсальности: благодаря широкому диапазону излучения его можно комбинировать с разными фотосенсибилизаторами, что делает лечение более гибким и персонализированным.
«Разные фотосенсибилизаторы активируются разным светом, что раскрывает существенный минус данного метода – трудности в подборе подходящего рентгеновского люминофора. В данном случае, изучаемый нами материал имеет дополнительное излучение другой длины волны, что значительно увеличивает его рабочий диапазон. Можно сказать, что это комбинированный подход и возможность в зависимости от условий синтеза настраивать люминофор под широкий спектр фотосенсибилизаторов, которые доступны для использования или закупки в данный момент», – отмечает лаборант международной исследовательской лаборатории функциональных материалов МИИ ИМ ЮФУ Кирилл Волик.
Хотя до применения в клинике еще далеко — предстоят годы доклинических и клинических исследований и патентование, — потенциал этой технологии очевиден. Как отмечают исследователи, следующий шаг данного проекта – патентование методики синтеза люминофоров с «персонализированным» излучением для широкого круга фотосенсибилизаторов. Также рассматривается использование данного материала в рентгеновской визуализации.
Результаты исследования, реализованные в рамках стратегического проекта ЮФУ «Технологии полного цикла для экспресс-разработки функциональных материалов под управлением искусственного интеллекта» федеральной программы «Приоритет-2030»(нацпроект «Молодежь и дети»), изложены в научном журнале «Journal of Luminescence».