Лазерная инженерия HfN-наночастиц: шаг к более точной комбинированной онкотерапии
Российская академия наук
Сотрудники Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в составе исследовательского коллектива предложили альтернативный материал на основе нитрида гафния (HfN) для применения в фототермальной терапии и радиотерапии при лечении онкологических заболеваний. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Advanced Functional Materials.
Рост заболеваемости раком подталкивает медицину к разработке методов, которые позволяют максимально точно воздействовать на опухоль и минимизировать повреждение здоровых тканей. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2022 году в мире было зарегистрировано около 20 миллионов новых случаев рака, а число смертей составило около 9,7 миллионов. К 2050 году ожидается увеличение заболеваемости примерно на 77 %.
Одним из перспективных направлений лечения онкологических заболеваний стало применение методов фототермальной терапии: наночастицы, способные поглощать инфракрасный свет, накапливаются в опухоли и при облучении лазером превращают световую энергию в тепло, локально уничтожая опухолевые клетки. Параллельно развивается идея радиосенсибилизации опухоли. Материалы на основе тяжёлых атомов способны усиливать эффект радиотерапии за счёт поглощения излучения в окрестности опухоли. Ряд наноматериалов способен осуществлять терапию с использованием обоих подходов, прежде всего наночастицы золота. Исследователи предложили альтернативный материал для обеих терапий на основе нитрида гафния (HfN).
Наночастицы нитрида гафния обладают более выгодными оптическими характеристиками для неинвазивной фототермальной терапии, низкой токсичностью и стоимостью материала. Главной трудностью ранее оставался их химический синтез, проводимый при очень высоких температурах и с низким выходом. Российским исследователям удалось разработать новый метод получения HfN с помощью ультракороткой лазерной абляции мишени нитрида гафния в жидкости.
Полученные таким образом наночастицы имели необычные оптические свойства: включение оксидных дефектов привело к выраженному поглощению ими в ближнем инфракрасном диапазоне. Спектр поглощения покрывал длины волн от 800 до 1400 нм, то есть работал в ««зоне прозрачности» биологической ткани — диапазоне, в котором возможно проводить фототермическую терапию. При облучении лазером с длиной волны 808 нм эффективность преобразования света в тепло достигала 60 %. Полученные частицы накопились в опухолевой ткани после внутривенного введения и усилили эффект как фототермальной, так и радиотерапии на мышах. Материал также подтвердил свою низкую токсичность.
Сами авторы так комментируют эту работу: «Это исследование завершает цикл работ по созданию альтернативы золотым наночастицам для биомедицины на основе нитридов переходных материалов. Ранее мы уже показывали, что нитриды титана и циркония могут использоваться для фототерапии. Тем не менее, двухмодальная терапия была возможна только для нитрида гафния, и мы рады, что этот материал показал низкую токсичность и потенциально применим для терапии онкологических заболеваний».
В работе принимали участие учёные из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчиникова РАН, Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова и Университетов Уппсалы и Марселя.
Источник: пресс-служба ИТЭБ РАН.