Нано-веретена из ванадий-диоксида титана усиливают ультразвуковую терапию рака

Ультразвук можно использовать для лечения рака в сочетании с сенсибилизаторами — молекулами, повышающими чувствительность системы к звуковым волнам. Эти соносенсибилизаторы генерируют токсичные активные формы кислорода, которые атакуют и убивают опухолевые клетки.

В журнале Applied Physics Reviews учёные из Сучжоуского университета (Китай) сообщили о новом типе соносенсибилизатора на основе диоксида титана, легированного ванадием (V-TiO₂), который усиливает повреждение опухолей ультразвуком. Исследования на мышах показали, что рост опухоли был значительно подавлен по сравнению с контрольной группой.

Ранее в качестве сенсибилизаторов использовались органические молекулы, но они нестабильны и могут вызывать фототоксичность (сыпь или сильные солнечные ожоги при воздействии света). Также применяются неорганические сенсибилизаторы на основе наноматериалов TiO₂, но они малоэффективны и могут долго оставаться в организме.

TiO₂ плохо работает как сенсибилизатор из-за широкой запрещённой зоны в его электронной структуре. Даже когда ультразвук отрывает электроны от наночастиц TiO₂, они быстро рекомбинируют, что предотвращает генерацию активных форм кислорода для атаки опухолевых клеток.

Исследователи поняли, что могут избежать этого эффекта, легировав наночастицы TiO₂ металлическим ванадием, формируя наноразмерные веретена.

«Запрещённая зона нано-веретён V-TiO₂ уменьшена, что повышает эффективность генерации активных форм кислорода, запускаемой ультразвуком, по сравнению с чистыми наночастицами TiO₂», — заявил автор Лян Чэн.

Микроокружение опухоли играет ключевую роль в метастазировании и важно для работы химиотерапии. Оно имеет кислый pH, содержит много перекиси водорода и вещества глутатиона.

Учёные выяснили, что веретена V-TiO₂ действуют как крошечные ферменты, катализирующие химические процессы в микроокружении. В присутствии ультразвуковых волн веретена обеспечивают двойную атаку на опухоль:

1. Воздействие звуковыми волнами.
2. Разновидность химиотерапии, которая разлагает перекись водорода и расходует глутатион.

Оба эффекта убивают опухолевые клетки, не повреждая здоровые ткани.

Исследователи провели тщательное исследование с контролем на клетках рака молочной железы и на мышах с этими клетками. Помимо прямых измерений роста опухоли, они использовали флуоресцентные зонды для визуализации активных форм кислорода и глутатиона в процессе.

«Важно отметить, что нано-веретена V-TiO₂ быстро выводятся из организма, — сказал Чэн. — Это помогает предотвратить возможные долгосрочные эффекты токсичности».

Учёные также наблюдали нано-веретена V-TiO₂ в селезёнке и печени мышей, а позже — в фекалиях и моче. Очевидных признаков воспаления или повреждения органов не наблюдалось, что показывает безопасность и эффективность этих сенсибилизаторов.