Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В соответствии с планом отчётного периода проведён комплекс работ по синтезу и характеризации магнитных, фотосенсибилизированных и композитных наночастиц (НЧ) для тераностики. Проведены исследования оптических, магнитных, биосовместимых свойств, возможностей перемещения и нагрева полученных материалов на основе НЧ. В процессе выполнения работ конструкция реактора для синтеза наночастиц была оптимизирована и унифицирована. В результате лазерного синтеза получены различные типы наночастиц с использованием различных сред и вспомогательных элементов конструкций. При помощи лазерной абляции в деионизованной воде получены магнитные наночастицы со средним размером 47 нм преимущественно Fe3O4. Поверхность НЧ функционализировали бычьем сывороточным альбумином (BSA). Синтез композитных НЧ на основе железа и золота осуществлялся при использовании двух различных подходов. В первом случае был использован последовательный двухэтапный процесс лазерной абляции в жидкой среде. Средний размер синтезированных композитных НЧ составляет порядка 63 нм, с присутствием НЧ золота (с характерным размером менее 10 нм) непосредственно на поверхности более крупных магнитных НЧ, форма НЧ сферическая («ядро-сателлиты»). в результате двухэтапного фемтосекундного лазерного синтеза были получены композитные НЧ на основе железа и золота, представляющие собой НЧ с конфигурацией «ядро-сателлиты», обладающие магнитными и плазмонными свойствами. Коллоидный раствор НЧ, полученный путем лазерной фрагментации порошка MoS2 в этаноле в течение 60 минут характеризуется достаточно высокой оптической плотностью при 400 нм, ее снижением к 500 нм и вновь высокими значениями оптической плотности в области от 500 до 900 нм, с максимумами при 676, 765 и 841 нм. Заключительным шагом являлось применение BSA в качестве стабилизатора для синтезированных НЧ, а также оценка влияния концентрации BSA на оптические и фототермические свойства коллоидных систем. Используя низкоэнергетическое ультразвуковое воздействие в N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) и высокоэнергетическое фемтосекундное лазерное воздействие в ацетонитриле (ACN), были синтезированы WS2 наноматериалы с различной морфологией, включая несколькослойные квантовые точки WS2. Разработана методика использования люминисцентных наночастиц ZnS, ZnSe с эффектом ап-конверсии для задачи маркирования биологических объектов. При характерных размерах порядка 20-50 нанометров сферические формировались наночастицы. Методом Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния света (МБРС) проведены экспериментальные исследования существования локальных магнитных возбуждений в образцах, на основе полученных НЧ. Как следует из данных МБРС наибольшим сигналом усредненной намагниченности (23,5 ГГц) обладают НЧ, полученные при абляции в ацетоне. Для подтверждения точности расчетов и изучения влияния окружающих биотканей на величину магнитного поля в исследуемой области была проведена серия экспериментов. Предложена система с магнитной конструкцией. Время ношения ортеза, содержащего источники магнитного поля, для лабораторного минипига составило 6 часов. В ходе лабораторных экспериментов с влиянием магнитного поля на растворы НЧ, было установлено, что величина магнитного поля, созданного в небольшой области, в которую необходимо переместить и удержать НЧ в одномерных условиях (капиллярах) составляет от 100 Гс. Гарантированное получение эффекта воздействия магнитного поля на необходимый объем наночастиц происходит при использовании магнитной повязки, основой которой является связанное множество круглых миниатюрных магнитов диаметром 5 мм, размещенных по контуру радиусом 10 см. В ходе натурного эксперимента с повязкой, изготовленной из таких магнитных элементов, был получен профиль распределения магнитного поля внутри живой ткани и сустава, при этом минимальная величина магнитного поля не опускалась ниже 100 Гс, что является удовлетворительным показателем для удержания необходимого количества НЧ для обеспечения процесса лечения. Визуализация дисперсий НЧ в условиях in vivo проводилась при помощи рентгеновской микротомографии. Из 3000 теневых проекций, полученных до и после введения наночастиц, были реконструированы трехмерные модели коленных суставов. На трехмерных моделях правого коленного сустава хорошо показаны различия до и после введения НЧ. Также по трехмерному изображению можно видеть, что НЧ были сконцентрированы в центральной области сустава при контакте с субхондральными костями, покрытыми гиалиновым хрящом. Были проведены эксперименты по нагреву магнитных наночастиц в виде суспензий в переменном магнитном поле. Исследуемыми образцами являлись образцы наночастиц оксида железа Fe3O4 (Fe), а также образцы наночастиц железа в защитных оболочках из БСА – Fe-BSA-1 и Fe-BSA-2. Наилучшие показатели нагрева показал образец магнитных наночастиц Fe-BSA-1, достигнув температуры в 41,5 ℃. Графики температурной динамики показывают, что в начальный период наблюдается линейный рост температуры дисперсных сред, который затем замедляется. Такая тенденция связана с достижением предельного значения, определяемого свойствами магнитных наночастиц и параметрами приложенного поля. В этом состоянии система достигает максимально возможного уровня тепловыделения, что приводит к стабилизации температурных показателей. Результаты измерений показали, что наибольшую остаточную намагниченность (по сравнению с другими образцами) имеет образец Fe-BSA-1. Наилучшими показателями, по результатам экспериментов, обладают наночастицы железа с защитной оболочкой, то есть образцы Fe-BSA-1 и Fe-BSA-2, значения остаточной намагниченности которых составили 72,91 % и 69,23 % соответственно. По данным эксперимента in vitro были получены графики зависимостей цитотоксичности растворов наночастиц (на основе оксида железа Fe, оксида железа в защитной оболочке из БСА – Fe-BSA-1 и Fe-BSA-2) от их концентрации. Согласно полученным данным, для клеток ФЭЧ влияние оболочки из альбумина проявляется для концентраций наночастиц ниже 15 мкг/мл. В данном случае несколько лучшую выживаемость клеток среди образцов с оболочкой проявляют образцы Fe-BSA-1. Для клеток Neuro 2A оболочка способствует повышению клеточной выживаемости для концентраций ниже 62,5 мкг/мл.