Многофункциональные наночастицы для диагностики и лечения рака

Фотодинамическая терапия (PDT) и магниторезонансная томография (MRI) широко применяются в лабораторных исследованиях и клинической практике для диагностики и лечения раковых опухолей. В этих двух подходах необходимо введение в организм некоторых специальных веществ: в случае PDT это красители (сенсибилизаторы), которые вызывают выработку активных форм кислорода в ответ на облучение светом; для MRI необходимы контрастирующие агенты, такие, как суперпарамагнитные частицы оксида железа. Кроме того, красители для PDT часто бывают токсичны для клеток сами по себе; в этом случае их заключают в частицы из биосовместимого материала, например, диоксида кремния.

Тайваньские ученые задались вопросом: почему бы не сконструировать универсальные частицы, пригодные как для магниторезонансной томографии, так и для фотодинамической терапии? Проблема состоит в том, что обычно наночастицы гасят люминесценцию красителя для PDT и, видимо, его способность генерировать активные формы кислорода. Исследователи показали, что в случае использования комплексов иридия(III) такого гашения не происходит. При этом сферические суперпарамагнитные частицы оксида железа размером 12 нм были покрыты диоксидом кремния (получились частицы диаметра 55 нм), в порах которого находилось комплексное соединение иридия(III) [Ir-(piq)2(ppTES)]-((EtO)3Si) (рисунки 1, 2). Такие частицы сохранили и магнитные свойства, и способность к люминесценции (рисунок 3).

Исследователи рассмотрели действие этих многофункциональных частиц на клетки карциномы шейки матки человека, HeLa. Клетки накапливали наночастицы (рисунок 4), которые, похоже, сами по себе оказались нетоксичны: безо всяких прочих воздействий выживало около 100% клеток, как и в необработанном наночастицами контроле.

Авторы показали, что частицы пригодны для MRI, PDT и в качестве флуоресцентного красителя (рисунки 4, 5, 6). В планах на будущее – повысить стабильность композитных наночастиц в растворах с высокой ионной силой, а также улучшить их накопление в клетках.



Рисунок 1. Схема синтеза композитных наночастиц Fe3O4/SiO2, содержащих комплексное соединение Ir(III).



Рисунок 2. Наночастицы Fe3O4 (A) и Fe3O4/SiO2(Ir) (B). ПЭМ. На вставке: распределение частиц по размерам.



Рисунок 3. Флуоресцентные и магнитные свойства композитных наночастиц. Видно, что свечение, возникающее под воздействием УФ-излучения, ассоциировано с магнитными частицами.



Рисунок 4. Накопление наночастиц Fe3O4/SiO2(Ir) в клетках HeLa. Синим окрашена ДНК, зеленым – цитоскелет; красные наночастицы не требуют дополнительного окрашивания. Видно накопление частиц в цитоплазме клеток (пересечение зеленого и красного).



Рисунок 5. Магниторезонансная томография клеток, содержащих наночастицы Fe3O4/SiO2(Ir).



Рисунок 6. Фотодинамическая терапия. Слева: необлученный контроль. Справа: клетки, облученные в течение 5 мин и инкубированные 390 мин после облучения. Видно, что часть клеток погибла.


Работа «Iridium-Complex-Functionalized Fe3O4/SiO2 Core/Shell Nanoparticles: A Facile Three-in-One System in Magnetic Resonance Imaging, Luminescence Imaging, and Photodynamic Therapy» опубликована в журнале Small (DOI: 10.1002/smll.200700283).


Трусов Л.А., Нанометр