Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова впервые смогли совместить в наночастице сразу две функциональные молекулы: одна из них испускает свечение, позволяя выявлять раковые образования, а другая — поглощает излучение в ином диапазоне и запускает гибель опухолевых клеток за счет генерации активных форм кислорода. Для этого частице придали форму гантели.
Такие носители привлекают внимание ученых как новый способ доставки лекарственных препаратов, рассказали «Известиям» ученые. В отличие от традиционных сферических наночастиц, «гантелевидные» структуры позволяют одновременно переносить несколько веществ и совмещать их функции.
Однако объединение различных соединений в одной системе может негативно сказываться на их свойствах. В частности, свечение одной молекулы, необходимое для визуализации и диагностики, может поглощаться другой, что приводит к потере терапевтического эффекта — в таком случае система фактически превращается лишь в диагностическую платформу. Эта особенность затрудняет использование гантелеподобных наночастиц, переносящих лекарственные препараты, например, при визуализации раковых опухолей. При этом варианты таких систем, сохраняющих эффективность двух конфликтующих компонентов, еще не разработаны.
Авторы из МГУ синтезировали наночастицы из магнетита — оксида железа — и золота. На магнитную поверхность «загрузили» фотосенсибилизатор — соединение, которое под влиянием света выделяет токсичные активные формы кислорода, разрушающие клеточные мембраны и ДНК. Вторую золотую поверхность соединили с флуорофором — «светящейся молекулой». В итоге получилась система, которую можно одновременно использовать как для терапевтических, так и для диагностических целей.
Конфокальная визуализация клеток рака толстой кишки после инкубации в течение 2 часов с системами: (а) наночастицы с фотосенсибилизатором; (б) наночастицы с флуорофором; (в) наночастицы с фотосенсибилизатором и флуорофором (совмещенное изображение); (г) наночастицы с фотосенсибилизатором и флуорофором (длина волны возбуждения = 405 нм); (д) наночастицы с фотосенсибилизатором и флуорофором (длина волны возбуждения = 642 нм); (масштабный отрезок 50 мкм). Источник: Iuliia Chudosai et al / Scientific Reports, 2026
Точечно накапливаясь в опухоли, такие системы за счет свечения флуорофора показывают ее расположение. При этом исследователи, выбрав наночастицы в форме гантели, смогли пространственно разделить функциональные компоненты — фотосенсибилизатор и флуорофор. Это позволило избежать потерь в свечении, сохранив высокие терапевтические показатели.
В результате химики получили наночастицы, которые могли светиться и при этом убивать раковые клетки за счет выделения активных форм кислорода. Чтобы проверить работоспособность систем, авторы провели исследования на клетках рака толстой кишки.
— Мы показали, что димерные наночастицы в форме гантели могут объединить восприимчивые к свету соединения. Они найдут применение в диагностике и фотодинамической терапии. В дальнейшем мы планируем использовать такие системы с другими клеточными линиями и тканями, другими соединениями, например сигнальными, чтобы «увидеть» эффект на ансамбль регенеративных процессов нервной ткани, — рассказала доктор химических наук, профессор, завкафедрой химической энзимологии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Наталья Клячко.
Ученые также отметили: системы на основе магнитных наночастиц важны для разработки новых управляемых биоматериалов, которые отвечают на внешнее магнитное поле.
Безусловно, такие наночастицы должны найти свое применение в медицине и диагностике, считает доцент научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Евгений Смирнов. Во-первых, выбор материалов изначально предполагает высокую биосовместимость: золото химически инертно, а железо — естественный участник множества биологических процессов в организме. При этом наноразмер частиц (10–15 нм) обеспечивает их эффективное проникновение в ткани и накопление в зоне опухоли.
— Во-вторых, авторам удалось решить давно стоявшую задачу совмещения диагностики и терапии в «одном флаконе»: флуоресцентный сигнал позволяет точно локализовать опухоль, а активация фотосенсибилизатора светом запускает уничтожение раковых клеток — буквально в рамках одной процедуры. В-третьих, наличие магнитного материала значительно расширяет терапевтический потенциал системы: помимо ФДТ, те же наночастицы могут быть использованы для МРТ-визуализации, магнитной гипертермии и хемодинамической терапии, открывая путь к более прогрессивным схемам лечения, — рассказал «Известиям» специалист.
Ключевое преимущество подхода — устранение эффекта резонансного переноса энергии, отметила молекулярный биолог Арина Холькина. Раньше при сближении флуорофора и фотосенсибилизатора диагностический сигнал гасился, не доходя до детектора. Форма гантели физически разделила акцептор и донор, сняв конфликт. Это позволило на порядки повысить фототоксичность системы: активные формы кислорода генерируются эффективнее, а опухоль видна на всем протяжении терапии.
— Перспектива таких систем — малоинвазивная тераностика: одно и то же средство и подсвечивает границы метастазов, и тут же уничтожает клетки без системной химии. Это шаг к управляемой клеточной гибели под оптическим контролем, — рассказала она.
В исследовании также принимали участие специалисты из Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова, Университета науки и технологий МИСИС, Российского технологического университета МИРЭА, Московского научно-исследовательского онкологического института имени П.А. Герцена и Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.
