Золотые наностержни открывают новый подход к борьбе с раком

Исследователи показали, как крошечные золотые наностержни под действием лазерного луча могут пробивать отверстия в мембранах опухолевых клеток, запуская сложный биохимический механизм, ведущий к самоуничтожению клетки.

Мембраны опухолевых клеток часто имеют аномально высокое количество рецепторных участков для захвата молекул фолиевой кислоты (фолата). Учёные присоединили фолат к золотым наностержням, что позволило им нацеливаться на эти рецепторы и прикрепляться к мембранам раковых клеток.

Затем клетки облучают светом ближнего инфракрасного диапазона. Этот свет легко проходит через ткани, но поглощается наностержнями и быстро преобразуется в тепло, что приводит к миниатюрным взрывам на поверхности клетки.

Ранее считалось, что гибель клеток вызвана высоким нагревом от светопоглощающих наночастиц. Однако команда обнаружила, что ответственен более сложный биохимический сценарий.

Ключевое открытие: наностержни сначала пробивают отверстия в мембране, а гибель клетки затем химически индуцируется, в данном случае — притоком ионов кальция.

Наностержни имеют размер менее 15 нм в ширину и 50 нм в длину, что примерно в 200 раз меньше эритроцита. Их малый размер критически важен для медицинского применения, так как иммунная система быстро удаляет частицы крупнее 100 нм.

Нагрев наностержней светом приводит к ионизации молекул вокруг них и образованию плазменного пузырька, который существует около микросекунды (процесс кавитации). Каждое такое событие подобно крошечной бомбе, оставляющей после себя отверстие в мембране.

Эксперименты показали, что для повреждения клеток требуется значительно меньше энергии лазера, если облучать наностержни, пока они ещё на поверхности мембраны клетки, а не после их поглощения клеткой. Это определяет оптимальное "окно возможностей" для применения метода.

Исследователи наблюдали, что наностержни вызывают образование мембранных "пузырей" (блеббинга). Этот процесс не является прямым следствием нагрева, а запускается сложным биохимическим путём: приток кальция активирует ферменты, что ослабляет внутренний каркас клетки и приводит к образованию пузырей.

Техника перспективна для нового метода лечения рака, но до клинического применения ещё далеко. Учёные сотрудничают с Национальным институтом рака для оценки пригодности функционализированных золотых наностержней для будущих клинических исследований.

Источник: Университет Пердью. Исследование опубликовано 19 октября в журнале Advanced Materials.