На пути к нанотераностике

Тераностика — это развивающаяся область медицины, объединяющая терапию и диагностику. Её цель — одновременное или последовательное проведение диагностики, лечения и мониторинга реакции пациента с помощью единых препаратов или методик. Это экономит время и средства, а также позволяет избежать некоторых нежелательных биологических эффектов, возникающих при раздельном применении этих стратегий.

Современные тераностические подходы всё чаще используют наночастицы, объединяющие в одном агенте диагностические молекулы и лекарства. Наночастицы действуют как носители для молекулярного «груза» (например, лекарства или радиоизотопа для лучевой терапии), доставляя его к специфическим биологическим мишеням в организме пациента, минуя здоровые ткани.

Попав в целевую ткань, наночастицы производят диагностические изображения и/или высвобождают свой груз. Это передовая технология «нанотераностики», ставшая важным направлением исследований, хотя и имеющая множество ограничений.

Лаборатория Сандрин Гербер в EPFL совместно с физиками из Женевского университета разработала новую нанотераностическую систему, преодолевающую несколько проблем предыдущих подходов. Система использует «гармонические наночастицы» (harmonic nanoparticles, HNPs) — семейство металлооксидных нанокристаллов с исключительными оптическими свойствами, в частности, излучением в ответ на возбуждение светом от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона и высокой фотостабильностью. Именно эти свойства привлекли внимание к HNPs в нанотераностике при поиске решений проблем флуоресцентных зондов.

«Большинство светоактивируемых нанотераностических систем требуют для возбуждения своих фотореактивных структур высокоэнергетического УФ-света, — говорит Гербер. — Проблема в том, что это приводит к малой глубине проникновения и может повреждать живые клетки и ткани, что ограничивает биомедицинское применение».

Новая система, разработанная группой Гербер, избегает этих проблем, используя покрытые кремнезёмом HNPs на основе феррита висмута, функционализированные светочувствительными «заклеточными» молекулярными грузами. Эти системы можно легко активировать ближним инфракрасным светом (длина волны 790 нанометров) и детектировать на большей длине волны как для процессов визуализации, так и для высвобождения лекарства. Обе эти особенности делают систему безопасной для пациентов.

После световой активации HNPs высвобождают свой груз — в данном случае L-триптофан, использованный в качестве модели. Учёные контролировали и количественно оценивали высвобождение с помощью методики, сочетающей жидкостную хроматографию и масс-спектрометрию, что покрывает диагностическую часть нанотераностической системы.

Авторы заявляют, что «эта работа является важным шагом в разработке платформ наноносителей, позволяющих разделить визуализацию на глубине ткани и высвобождение терапевтиков по требованию».