В России предложили новый способ борьбы со злокачественными опухолями. Исследователи из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ вместе с международной группой ученых разработали технологию, которая может разрушать раковые клетки с помощью света и специальных наночастиц.
Суть метода, над которым работают ученые, довольно простая. В опухоль вводят микроскопические частицы, состоящие из кремния и золота. Их размер – всего около 120–160 нанометров, то есть в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. После этого на область опухоли направляют инфракрасный свет.
В то время, когда свет попадает на такие частицы, они начинают нагреваться. Этот нагрев происходит очень локально. То есть именно там, где находятся наночастицы. В результате раковые клетки вокруг них получают тепловой удар и постепенно разрушаются, не затрагивая живые.
Исследование показало, что особенно хорошо работают композитные частицы из кремния и золота. Они нагреваются заметно сильнее, чем частицы только из кремния. Благодаря этому эффект лечения может быть более точным. Работу ученых опубликовал международный научный журнал Nanoscale.
Почему используется инфракрасный свет
Для экспериментов исследователи выбрали излучение с длиной волны около 800 нанометров. Такой свет относится к красному и ближнему инфракрасному диапазону. Интересно, что для человеческого организма этот диапазон относительно «прозрачный». Излучение может проходить через кожу и мягкие ткани довольно глубоко. При этом сами ткани нагреваются слабо.
Физики объясняют этот эффект так называемым «Рассеянием Ми». Это явление, которое возникает, когда свет взаимодействует с очень маленькими частицами. Внутри такой частицы формируется своеобразная стоячая световая волна, и она начинает работать как миниатюрный резонатор, превращая свет в тепло.
Задача – перекрыть кислород
Нагрев – не единственный механизм, который может помочь бороться с опухолью. Крупные наночастицы способны перекрывать мелкие кровеносные сосуды, питающие новообразование. Если они накапливаются в ткани опухоли, то могут частично блокировать приток крови.
Андрей Кабашин - научный руководитель Инженерно-физического института биомедицины (ИФИБ) НИЯУ МИФИЛазерно-синтезированные частицы практически нетоксичны и могут эффективно генерировать тепло при возбуждении инфракрасными длинами волн 670-800 нанометров. Наши эксперименты показали, что такие наночастицы действительно чрезвычайно эффективны в уничтожении раковых клеток за счет гипертермического эффекта
В результате раковые клетки начинают испытывать нехватку кислорода и питательных веществ. Для опухоли это крайне тяжелые условия, и ее рост может замедляться. По сути, ученые пытаются создать метод, который воздействует на опухоль сразу с двух сторон – нагревом и ограничением питания.
Почему ученые ищут такие методы
Сегодня самые распространенные способы лечения рака – химиотерапия и лучевая терапия. Они уничтожают опухолевые клетки, но при этом затрагивают и здоровые ткани. Именно поэтому пациенты сталкиваются с серьезными побочными эффектами и отвратительным самочувствием во время лечения.
Фототермическая терапия, к которой относится предложенный метод, работает иначе. Она направлена именно на опухоль и старается минимально воздействовать на остальной организм. Если такие технологии удастся довести до клинического применения, лечение может стать более точным и менее травматичным для пациента. А по сути, оно будет прорывным.
Что это значит для российской науки
Работа исследователей показывает, что российские научные центры активно участвуют в развитии сложных медицинских технологий на стыке физики, медицины и наноматериалов.
Подобные исследования требуют серьезной научной базы. Здесь объединяются знания из разных областей – от оптики и физики света до биологии и медицины. Такие проекты формируют новые направления исследований и помогают создавать технологии, которые могут использоваться в медицинских центрах будущего.
Возможности для мировой медицины
Фототермическая терапия сегодня активно изучается во многих странах. Ученые ищут материалы и технологии, которые позволят точно воздействовать на опухоли и при этом минимально вредить здоровым тканям.
Предложенный российскими учеными метод с использованием кремниево-золотых наночастиц может стать одной из таких технологий. Интерес к подобным решениям высок.
Сейчас ученые изучают, как частицы ведут себя в тканях, и какие механизмы могут помочь их удалить. Это важный этап, потому что накопление материалов в организме может быть опасным. Тем не менее, исследования продолжаются. Работа ученых уже закладывает основу для дальнейших разработок, которые могут привести к появлению новых методов лечения рака.