Учёные Саратовского национального исследовательского государственного университета имени 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 (CeO₂), предназначенную для усиления радиационного повреждения опухолевых клеток.
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, учёные разработали платформу на основе наночастиц диоксида церия, заключённых 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 её 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», – поясняет 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.
Подготовила Альфия Тимошенко, фото Дмитрия Ковшова