Учёные создали фотолюминесцентные наночастицы для подсветки раковых клеток

Российские и французские исследователи, включая учёных МГУ, синтезировали наночастицы сверхчистого кремния, эффективно излучающие вторичный свет после фото-возбуждения (фотолюминесценция). Частицы легко проникают в раковые клетки, что позволяет использовать их как люминесцентные маркеры для ранней диагностики и лечения рака. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

По словам соавтора Виктора Тимошенко, предыдущие попытки в других лабораториях были неудачными, так как частицы получали химическим травлением в кислотных растворах. Полученные частицы были недостаточно чистыми, токсичными из-за побочных продуктов реакции и имели неправильную форму, что мешало фотолюминесценции.

Для решения этих проблем учёные применили метод лазерной абляции: атомы кремния выбивались лазерным лучом из мишени. Сложность была в том, чтобы атомы сформировали качественные нанокристаллы. Для этого использовали короткие импульсы высокой интенсивности. Они не только выбивали атомы, но и ионизировали их. В среде гелия за наносекунды формировалась лазерная плазма, в условиях которой атомы спекались в сферические нанокристаллы размером 2–4 нм. Эти «бусины» оседали в виде пушистого слоя, который затем можно было диспергировать в воде.

Именно такой размер (2–4 нм) обеспечивает эффективную фотолюминесценцию, где каждый падающий фотон уравновешивается одним испущенным. В отличие от частиц, полученных химическим травлением, они не требуют токсичных добавок. Биологические эксперименты показали, что наносферы легко проникают в клетки, причём в раковые — на 20–30% эффективнее, чем в здоровые. Это связано с тем, что раковые клетки активно поглощают всё для деления.

«Наше главное достижение — получение наночастиц и установление факта их лёгкого проникновения в раковые клетки», — сказал Виктор Тимошенко. Диагностическая задача решалась параллельно с участием биологов. Например, можно заменить длительный и ненадёжный биопсийный анализ на детекцию проникновения наночастиц в образец ткани. Есть и неинвазивные методы, где частицы можно активировать ультразвуком или радиоволнами.

Главные преимущества наночастиц — полная нетоксичность и лёгкое выведение из организма. Их также можно связать с антителами или другими биомолекулами для прицельной доставки в опухоль, повышая эффективность диагностики. В будущем к ним можно присоединять лекарства для локальной химио- или радиотерапии на клеточном уровне.