Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Разработан метод получения пористых кремниевых наночастиц и наноконтейнеров на их основе, заполненных противораковым лекарством и покрытых термочувствительным полимером, для лечения злокачественных новообразований. Проведены работы по созданию экспериментальных установок для ультразвуковой активации наночастиц и наноконтейнеров и выполнены теоретические исследования по оценке тепловых эффектов и процессов развития кавитации в водных средах с диспергированными твердотельными наночастицами. Проведены экспериментальные исследования по взаимодействию наноконтейнеров и модельных культур раковых клеток, демонстрирующие проникновение наночастиц в клетки, а также возможность значительно подавлять пролиферацию клеток после активации наночастиц и наноконтейнеров терапевтическим ультразвуком. Полученные результаты указывают на перспективность разработанных наноконтейнеров для проведения следующего этапа исследований по адресной доставке лекарственных препаратов и их ультразвуковой активации in vivo.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Впервые проведены исследования влияния покрытия биополимером декстран разработанных биодеградируемых наночастиц пористого кремния на их характеристики как соносенсибилизатора для малоинвазивной противоопухолевой терапии в экспериментах in vitro, что позволило обнаружить стабилизирующее процессы биодеградации действие декстрана при сохранении эффективных соносенсибилизационных свойств. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa5b7c, http://рнф.рф/ru/node/2217 2. Впервые продемонстрирована возможность использования селективно модифицированных наночастиц пористого кремния как сенсибилизаторов ультразвуковой кавитации и одновременно контрастных агентов для ультразвуковой визуализации, что закладывает основы их использования в ультразвуковой нанотераностике http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b11007 3. Экспериментально продемонстрировано , что покрытые наночастицы мезопористого кремния, заполненные противоопухолевым препаратом, при их интратуморальном введении с последующей активацией терапевтическим ультразвуком, приводят к подавлению роста раковых опухолей in vivo, что существенно расширяет возможности комбинированной щадящей терапии онкологических заболеваний. http://plasma.mephi.ru/ru/uploads/files/conferences/2017PBS/20171020%20PhysBioSymp17_Book_of_abstracts.pdf

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проведенные исследования пористых кремниевых наноконтейнеров, нагруженных доксорубицином, в комбинации с ультразвуковым облучением показали, что наилучшая загрузка препаратом достигается в спиртовом растворе при многократном избытке доксорубицина. Установлено, что пассивный выход препарата происходит течение 3-6 ч, а последующее воздействие терапевтическим ультразвуком не приводит к росту количества вышедшего доксорубицина. Для стимулирования выхода доксорубицина из пористых кремниевых наноконтенеров, находящихся в водной среде меньшее время, можно использовать кратковременное воздействие терапевтическим ультразвуком на временах от 5 до 15 мин. Были исследованы эффективность загрузки и скорость выхода салиномицина из наночастиц пористого кремния и установлено, что при недостатке салиномицина эффективного включения не наблюдается. В то же время, при двукратном массовом избытке салиномицина наблюдается высокая степень включения: 1 мг наночастиц кремния несет примерно такую же массу салиномицина. Исследования выхода салиномицина из наноконтейнеров показали, что образец, полученный в недостатке салиномицина, в течение часа высвобождает все содержимое, что указывает на поверхностное расположение салиномицина в порах. Образец с загрузкой препарата 1:1 характеризуется практически линейным высвобождением препарата от времени в течение 3-5 ч. Исследовалось влияние терапевтического ультразвука, которое не выявило заметного увеличения выхода препарата из наноконтейнеров при воздействии до 15 мин. При большей экспозиции в поле ультразвуковой волны наблюдалось незначительное увеличение выхода препарата, что указывает на достаточно прочное связывание молекул салиномицина с поверхностью пор в наночастицах кремния. 2. Были получены данные по кинетике биодеградации кремниевых наночастиц и наноконтейнеров, в том числе при воздействии терапевтического ультразвука с оптимальными для сонодинамической терапии параметрами, в модельных экспериментах на фантомах и на биологических моделях in vivo. Были проведены эксперименты по рентгеноструктурным исследованиям наночастиц мезо-и микропористого кремния для определения их скорости растворения в водной среде. Установлено, что процесс растворения приводил к заметному уменьшению среднего размера нанокристаллитов кремния в мезопористых образцах. Анализ данных рентгеновской дифракции для наночастиц мезопористого кремния по формуле Шеррера дал исходные средние размеры нанокристаллов кремния в 8-9 нм, а после 2-х дневной выдержки в водной среде или растворе декстрана данные размеры уменьшались до 7 нм. Дальнейшая выдержка давала дополнительное плавное уменьшение размеров нанокристаллов кремния. При этом, в растворе декстрана наблюдалось незначительное (в пределах точности эксперимента) изменение скорости растворения нанокристалов. Эволюция размера нанокристаллитов в микропористых образцах имела более сложный характер и была, по-видимому, связана с полидисперсностью исходного распределения размеров. Предложенный подход был использован для подтверждения влияния биополимерного окружения наночастиц кремния на их скорость растворения в водной среде. Полученные результаты и разработанная модель могут быть полезны для биомедицинских применений наноконтейнеров на основе пористого кремния для доставки противоопухолевых препаратов. Эксперименты in vivo не выявили влияния ультразвука на биодеградацию наночастиц мезопористого кремния вплоть до режимов и длительностей, предельных для использования в сонодинамической терапии. Для анализа такого влияния брались образцы опухолевой ткани с введенными предварительно наночастицами и исследовались по стандартной методике гистологического анализа. 3. Были получены данные по изменению температуры в процессе сонодинамической терапии с использованием кремниевых наночастиц и наноконтейнеров как соносенсибилизаторов в экспериментах на фантомах и биологических моделях in vivo. Установлено, что нагрев суспензий наночастиц на частоте 2.64 МГц шёл гораздо интенсивнее, чем на частоте 0,88 МГц. При более больших значениях мощности сильное влияние начинали играть нелинейные эффекты. Из анализа результатов по ультразвуковым температурным эффектам в суспензиях наночастиц кремния можно утверждать, что в выбранных условиях их величина может на 3-4 градуса превышать значения разогрева в отсутствии наночастиц, что может существенным образом повлиять на биологическую активность загруженного в них препарата. В то же время, основное влияние на биообъекты в поле ультразвука в присутствии кремниевых наночастиц можно отнести на счёт стимулированного ими повышения активности кавитации. Проведенные нами исследования in vivo по измерению температуры опухолевой ткани с введенными предварительно наночастицами при воздействии терапевтического ультразвука не выявили существенного повышения температур, вызванной присутствием наночастиц. 4. Были проведены эксперименты по изучению совместного влияния соносенсибилизаторов на основе пористых кремниевых наноконтейнеров, заполненных противоопухолевым препаратом, и ультразвука терапевтического диапазона частот и интенсивности на подавление роста опухоли, привитой лабораторным животным. Установлено, что для животных, подвергавшихся действию ультразвукового излучения с предварительно введёнными интротуморально наночастицами пористого кремния, нагруженными доксорубицином, наблюдался более выраженный терапевтический эффект по сравнению с животными других групп. После проведённого комплексного терапевтического воздействия темп роста опухоли меланомы B16 существенно замедлился и к двадцатым суткам после трансплантации опухоли коэффициент торможения её роста составлял 34 %. Средняя продолжительность жизни животных в этой группе была на 30% больше, чем данный показатель в контрольной группе. Были также проведены исследования по применению наноконтейнеров из наночастиц пористого кремния, заполненных салиномицином, для использования противоопухолевой терапии in vivo. В экспериментах использовали линейных мышей (С57Bl/6), которым перевивали трансплантируемую опухоль- карциному легких Льюис (LLС). Эксперименты показали торможение роста опухоли уже на 9 день в случае введения суспензии наночастиц, заполненных салиномицином, а к 26 дню наблюдалось уменьшение объема опухоли по сравнению с контрольной группой и группой, в которую вводились незаполненные частицы. Средний размер опухоли после введения наночастиц, загруженных салиномицином, уменьшался более, чем в 10 раз к 16-ому и более, чем в 15 раз к 26-ому дню наблюдения по сравнению с контрольной группой. Эксперименты по сочетанному воздействию ноночастиц с салиномицином и терапевтического ультразвука с частотой 1 МГц и интенсивностью до 1 Вт/см2 не выявили заметного дополнительного эффекта УЗ воздействия, что, по-видимому, обусловлено как обнаруженной в экспериментах на фантомах достаточно прочной связь. Салиномицина с поверхностью пор в наночастицах кремния, так и с уже достигаемой высокой эффективностью локальной химиотерапии с использованием наночастиц, заполненных салиномицином. 5. Проведенные серии исследований на экспериментальной модели злокачественных новообразований-трансплантируемой опухоли меланомы В16 выявили потенциал наночастиц кремния как терапевтического агента с потенциальной возможностью использования в качестве наноконтейнеров противоопухолевых препаратов и сенсибилизаторов в сонодинамической и комбинированной (сонодинамической и химиотерапии) терапии злокачественных новообразований. Установлено, что применение пористых кремниевых наночастиц, нагруженных химиотерапевтическим агентом доксорубицином позволяет увеличить эффективность сонодинамической терапии злокачественных новообразований, используя данные наноконтейнеры в качестве соносенсибилизаторов медицинского ультразвука. Эти результаты открывают новые возможности использования биосовместимых кремниевых наночастиц в сонодинамической и комбинированной терапии злокачественных новообразований. Экспериментально была установлена хорошая биологическая переносимость наночастиц пористого кремния, в то время как токсических непосредственных и отдалённых эффектов при изученных терапевтических дозах не наблюдается при внутривенном введении наночастиц здоровым животным (линейным мышам) и животным с перевитой опухолью. Наиболее выраженного терапевтического эффекта удалось достигнуть при проведении сонодинамической терапии с использованием в качестве соносенсибилизатора пористых кремниевых наночастиц, нагруженных стандартным химиотерапевтическим препаратом - доксорубицином. При данном режиме торможение роста злокачественных образований у лабораторных животных на модели трансплантируемой опухоли меланома В16 достигает 34%, а продолжительность их жизни увеличивается на 30%. При использовании наноконтейнеров на основе наночастиц пористого кремния, загруженных перспективным противоопухолевым препаратом салиномицином, было обнаружено замедление роста опухоли карциномы Льюиса уже на 9 день после введения препарата, а на 16 день и далее наблюдалось уменьшение объема опухоли по сравнению с исходным значением. Полученный результат согласуется с обнаруженным в экспериментах на фантомах медленным высвобождением салиномицина из пор наночастиц пористого кремния. При этом, терапевтическое удьтразвуковое воздействие не приводило к существенному повышению выхода салиномицина, что можно объяснить достаточно прочной связью молекул салиномицина с кремниевой поверхностью. Все это позволяет сформулировать рекомендации для проведения предклинических и клинических испытаний по совместному использованию пористых кремниевых наноконтейнеров и ультразвука в адресной доставке и контролируемого выделения противоопухолевых препаратов для малоинвазивной терапии злокачественных новообразований. Так, для сонодинамической и сочетанной терапии можно рекомендовать использование наноконтейнеров на основе наночастиц пористого кремния, заполненных доксорубицином. В то же время, для щадящей химиотерапии следует, по-видимому, применять пористые кремниевые наноконтейнеры, загруженные салиномицином, которые имеют пролонгированный характер высвобождения противоопухолевого препарата.