Наночастици от силиций и злато унищожават ефективно ракови клетки

Научна група от Московския държавен университет „М. В. Ломоносов“ подобрява метода за създаване на силициеви наночастици, покрити с изключително малки частици злато. Оказва се, че те се справят много по-ефективно с унищожаването на раковите клетки чрез фотохипертермия.

Методът, наночастиците и битката с рака

Силициевите наночастици са важни за диагностиката и терапията в множество биомедицински приложения и особено в качеството им на агенти за фотохипертермията. Наночастицата се поставя в зоната, където се намира злокачественият тумор, след което се облъчва със светлина в прозорец на биологичната тъкан, който е близък до инфрачервения диапазон. Тъй като абсорбацията на частици е повишена, туморът се нагрява много повече. Така се стига до неговото разрушаване, когато температурата надхвърли 42 градуса. В същото време обаче здравата тъкан, в която няма наночастици, остава непокътната.

Идеята за създаването на наночастици в комбинация от силиций и злато обяснява един от авторите доц. Станислав Заботнов от катедрата по обща физика и молекулярна електроника на Физическия факултет в Московския държавен университет.

„Силициевите наночастици са добри, тъй като са биосъвместими и ние сме в състояние да контролираме размера им. От друга страна обаче, силицият не се нагрява добре в близкия инфрачервен диапазон поради слабото поглъщане на падащото лъчение. За да се увеличи ефективността на нагряването, е нужно или да се увеличи концентрацията на наночастици, а това е лошо за биосъвместимостта и биоразградимостта, или да се модифицират частиците с някои абсорбиращи вещества, които са леко токсични за живите организми. Ако частици от благородни метали се добавят към силиция, тогава нагряването ще се увеличи в резултат на плазмоничната абсорбация. Това е в основата на идеята ни за наночастици от силиций и злато.“

>>>Създадоха наночастици, които идентифицират и унищожават раковите клетки в гърдата

Така вече разработеният метод за терапия със силициеви наночастици е подобрен като към тях се добавят по-малки златни частици.

Работата на екипа

За да бъде добра биосъвместимостта, наночастиците трябва да са химически чисти, тоест без токсични примеси като остатъчни продукти от химични реакции. Това е причината екипът да използва метода на лазерна аблация на силиций в течност.

Технологията позволява количеството на нежелани примеси да бъде минимално.
Учените поставят в изопропилов алкохол пластини от кристален и порест силиций, добавят хлороауринова киселина. По време на процеса на аблация това води до покриването на образуващите се силициеви наночастици със златни нишки. Резултатът от тези процеси е получаване на нанокомпозити със структура „ядро-сателит“ - силициево ядро с размер няколкостотин нанометра, украсено със златни клъстери с размери, които не надвишават няколко десетки нанометра.

>>>Наночастици, в които са прикрепени молекули, проникват в мозъка и унищожават раковите клетки

Идеята на екипа да бъдат използвани не само монокристални силициеви мишени, но и порести за аблация, прави възможно разпределението размера на нанокомпозитите да се подобри. В случай на аблация на монокристален силиций средният размер на частиците е 600 нанометра с широко разпределение по размер, а при порестия силиций средният размер е 200 нанометра, а разпределението много по-стеснено.

От екипа поясняват, че по-малките размери на частиците имат две предимства. На първо място е това, че по-малките частици се въвеждат по-лесно в живи организми, на второ – изчислението на плазмоничното поглъщане за близкия инфрачервен диапазон (дължина на вълните до 800 нанометра) показва, че за наночастиците със среден размер 210 нанометра има оптимални условия за нагряване, което съответства на случаите на аблация на порестия силиций, а декорацията със злато осигурява допълнително увеличение на ефективността на нагряване три пъти в сравнение с частиците без злато.

Методът, стъпките на научната разработка и резултатите екипът представя в статия, публикувана в списанието Q1 ACS Applied Nano Materials. В нея авторите подчертава, че получените от тях резултати проправят път към производството на чисти и хибридни Si- базирани Mie-резонансни хибридни наночастици в мащаб от милиграм за фотонни, сензорни и биомедицински приложения.

Освен физиците от Московския държавен университет в изследването участват и техни колеги от Института по автоматика и управление на процесите от Далекоизточния клон на Руската академия на науките.