Насколько безопасны апконверсионные наночастицы?
В МФТИ проверили безопасность «волшебной пули» против рака
Ученые МФТИ и их коллеги из Москвы, Нижнего Новгорода, Австралии и Нидерландов провели первое систематическое исследование безопасности так называемых апконверсионных наночастиц при лечении рака кожи и других кожных заболеваний – эта работа является одним из важнейших шагов на пути к новым, значительно более эффективным и безопасным методам терапии и диагностики онкологических заболеваний.
Флюоресцентные наночастицы в клетках (здесь и ниже изображения из пресс-релиза МФТИ)
Немецкий естествоиспытатель и врач Пауль Эрлих еще в 1908 году сформулировал идею «волшебной пули» – лекарства, которое бы воздействовало только на патогенные микробы или раковые клетки, но не влияло на здоровые клетки. Спустя век, благодаря нанотехнологиям, химики и медики уже близки к тому, чтобы получить такие «пули».
Как оказалось, наночастицы некоторых веществ, попадая в организм, способны избирательно накапливаться только в опухолевых клетках, «игнорируя» здоровые. К таким наночастицам можно прикреплять молекулы лекарств или диагностических веществ, чтобы найти раковые клетки и уничтожить их, не повреждая остальные клетки организма.
В этой роли используют, в частности, наночастицы золота, ферромагнетики (их нагревают токами высокой частоты, и они поражают раковые клетки изнутри). Один из типов наночастиц, которые считают наиболее перспективными для диагностики и лечения раковых опухолей, – так называемые апконвертирующие нанофосфоры (upconversion nanoparticle – UCNP). Они способны «конвертировать», то есть превращать излучение ближнего инфракрасного диапазона, способное проникать глубоко в ткани человеческого тела, в свет видимого диапазона. За счет этого можно обнаруживать раковые клетки в тканях организма и воздействовать на них, контролируя ход лечения. Апконверсионные наночастицы можно настроить таким образом, что под действием света они будут высвобождать лекарственные вещества.
Однако прежде, чем создавать терапевтические методы, основанные на применении таких наночастиц, нужно выяснить, насколько они безвредны для здоровых клеток – именно этой теме посвящена работа группы Елены Петерсен и Инны Трусовой из МФТИ и их коллег из Москвы, Нижнего Новгорода, Австралии и Нидерландов.
«Несмотря на то, что есть большое число работ, касающихся цитотоксичности апконверсионных наночастиц, все они носят в определенном смысле случайный характер, поскольку эта задача для них была побочной. Мы впервые провели систематическое исследование воздействия наночастиц на клетки», – говорит соавтор исследования Елена Петерсен, завлабораторией клеточных и молекулярных технологий МФТИ.
Ученые изучали свойства одного из самых «популярных» типов апконверсионных наночастиц, созданных на основе тетрафтороиттриата натрия, легированного редкоземельными элементами – эрбием и иттербием. Они проверяли, как эти наночастицы поглощаются клетками соединительной ткани человека – фибробластами – и клетками кожного эпидермиса – кератиноцитами, а также изучали, как наночастицы влияют на жизнеспособность этих клеток.
Схематическое изображение апконверсионных наночастиц с различными покрытиями
Результаты исследования показывают, что цитотоксичность апконверсионных наночастиц зависит от типа клеток. Они не токсичны для дермальных фибробластов и малотоксичны для кератиноцитов. Вместе с тем, токсичность для кератиноцитов зависит от концентрации наночастиц, а значит эти клетки можно использовать в качестве биологического индикатора для оценки безопасности разных типов апконверсионных наночастиц.
Помимо «голых» наночастиц, ученые протестировали несколько вариантов наночастиц с полимерным покрытием. В этих случаях расхождение между реакцией фибробластов и кератиноцитов оказалось еще выше – например, частицы с покрытием из полиэтиленимина сильно нарушали внутриклеточный метаболизм кератиноцитов, но не влияли на фибробласты. Ученые определяли тип полимерного покрытия, который делал наночастицы наиболее безопасными.
«Это исследование – важный шаг на пути к практическому применению апконверсионных наночастиц для диагностики и лечения рака кожи и других кожных заболеваний», – говорит Петерсен.
По ее словам, к настоящему моменту уже есть некоторые исследования, касающихся использования наночастиц для лечения кожных болезней, однако для широкомасштабного использования необходимо доказать их безопасность и эффективность.
Исследование финансировалось на средства мегагранта правительства РФ и гранта РФФИ.
Статья A. Guller et al. Cytotoxicity and non-specific cellular uptake of bare and surface-modified upconversion nanoparticles in human skin cells опубликована в журнале Nano Research.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
28.04.2015