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.
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».
Фото: Флюоресцентные наночастицы в клетках
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.
Рис. Схематическое изображение апконверсионных наночастиц с различными покрытиями
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.
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.
Ссылка на статью: A. Guller et al., Cytotoxicity and non-specific cellular uptake of bare and surface-modified upconversion nanoparticles in human skin cells. Nano Research 2015, DOI: 10.1007/s12274-014-0641-6
