Оставьте заявку
Укажите контактную информацию, мы вам перезвоним и ответим на интересующие вопросы.
руководитель лаборатории плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ, кандидат химических наук, доцент (кафедра физической химии)
Елена Викторовна Соловьева
НЬЮСМЕЙКЕР
Химики СПбГУ получили наночастицы на основе золота, которые потенциально могут использоваться в терапии и диагностике некоторых видов рака. Нанокомплексы способны сильно разогреваться под действием света определенной длины волны, фактически сжигая вредоносные клетки.
16.01.26
Химики СПбГУ создают наночастицы
для диагностики
и лечения рака
для диагностики
и лечения рака
Клетки — преступники в бегах
Некоторые виды раковых клеток ведут себя почти как преступники в бегах, сливаясь с толпой (здоровыми тканями), и врачам, чтобы обнаружить их, нередко приходится идти на хитрости. Например, вводить в организм человека специальные метки, которые накапливаются в опухолях и показывают их при компьютерной томографии.
Причем мало найти залегших на дно нарушителей — надо еще и как можно раньше их обезвредить, ведь речь идет об онкологических заболеваниях, где успешный исход лечения определяют недели и даже дни.
Обычно в медицине процессы диагностики (поиска врагов) и терапии (их нейтрализации) — это две разные задачи. Однако сегодня активно развиваются методы тераностики (одновременно терапии и диагностики), которые позволяют запустить в организм человека не просто метки, а специально обученных «агентов», способных не только найти, но и тут же уничтожить врагов за одну процедуру.
Созданием нанокомплексов с такими уникальными способностями, которые активируются под действием света определенной длины волны, занимаются исследователи лаборатории плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ.
Причем мало найти залегших на дно нарушителей — надо еще и как можно раньше их обезвредить, ведь речь идет об онкологических заболеваниях, где успешный исход лечения определяют недели и даже дни.
Обычно в медицине процессы диагностики (поиска врагов) и терапии (их нейтрализации) — это две разные задачи. Однако сегодня активно развиваются методы тераностики (одновременно терапии и диагностики), которые позволяют запустить в организм человека не просто метки, а специально обученных «агентов», способных не только найти, но и тут же уничтожить врагов за одну процедуру.
Созданием нанокомплексов с такими уникальными способностями, которые активируются под действием света определенной длины волны, занимаются исследователи лаборатории плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ.
- Елена Викторовна Соловьеваруководитель лаборатории плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ, кандидат химических наук, доцент (кафедра физической химии)«Многие из объектов, с которыми мы работаем, могут подойти для использования в тераностике. Например, наночастицы золота, покрытые биосовместимой полимерной оболочкой, в которую включены флуоресцентные красители. Как это может работать? Благодаря флуоресцентной микроскопии мы увидим скопление светящихся точек в нездоровых тканях. А с помощью оптического излучения на определенной длине волны сможем вызвать локальную гипертермию этих участков — то есть сразу уничтожить опасные клетки высокой температурой, минимально затрагивая здоровые ткани».
«Не отсвечивать» не получится
Наноструктуры, над которыми работают ученые СПбГУ, состоят из четырех компонентов и чем-то напоминают многослойную конфету. Начинка — наночастица золота. Оболочка — хитозан, полиакриловая кислота или другие биосовместимые полимеры. Третий компонент — люминофор, который вводится в оболочку. Именно он будет выдавать раковых «преступников» в свете красного или инфракрасного лазера.
Люминофор — это вещество, способное поглощать световую энергию, а затем испускать ее в виде свечения.
Для успешного поиска онкоклеток ученым предстоит снабдить комплекс еще и четвертым элементом — вектором доставки, который будет находиться на самой поверхности «конфеты». Он отвечает за избирательную направленность системы, чтобы активные частицы достигали нужной цели — раковых опухолей. В том числе над этой задачей сегодня трудится коллектив лаборатории.
Тераностика — это сочетание диагностики и терапии заболевания в рамках одного медицинского вмешательства. Характерный пример такого подхода — поиск раковых клеток с одновременным их уничтожением.
Один из самых известных препаратов для тераностики — радиоактивный йод I-131, который используется для диагностики и лечения рака щитовидной железы. Что интересно, именно с его помощью проводилась первая в мире радиотерапия: американский врач Сол Герц 31 марта 1941 года впервые применил его для лечения тиреотоксикоза, что в итоге оказалось успешным. Сегодня 31 марта отмечается как Всемирный день тераностики.
Один из самых известных препаратов для тераностики — радиоактивный йод I-131, который используется для диагностики и лечения рака щитовидной железы. Что интересно, именно с его помощью проводилась первая в мире радиотерапия: американский врач Сол Герц 31 марта 1941 года впервые применил его для лечения тиреотоксикоза, что в итоге оказалось успешным. Сегодня 31 марта отмечается как Всемирный день тераностики.
Коллектив лаборатории плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ. Фото предоставлено Еленой Соловьевой.
Для кожи и слизистых
Важно понимать, подчеркивает Елена Соловьева, что даже готовая система из четырех компонентов — еще не панацея от всех видов рака. Во-первых, исследования пока находятся на фундаментальном уровне, то есть не покинули стен лаборатории, а перед клиническими испытаниями на людях нужно пройти очень долгий путь. Во-вторых, метод сработает только с определенными тканями организма — такими, куда сможет попасть активирующий частицы свет.
«Речь идет о поверхностных или приповерхностных тканях: коже и слизистых оболочках, которые можно облучать эндоскопическим путем — например, полость рта, кишечник. Еще одна область применения — во время интраоперационной ревизии, когда хирург в процессе полостной операции обнажает внутренние ткани, — рассказала ученый. — Кстати, именно этот способ, но с применением молекулярных флуоресцентных красителей, сегодня уже используется в лечении онкологических заболеваний. После внутривенного или местного введения препарата на открытые ткани воздействуют излучением инфракрасного диапазона. Хирург надевает специальные очки и видит светящиеся области — именно в них есть накопления онкоклеток».
Однако, отмечает Елена Соловьева, при интраоперационном мониторинге с применением молекулярных красителей для локальной гипертермии приходится использовать очень высокие световые мощности, тогда как разработки исследователей СПбГУ могут помочь добиться такого же результата при более низких их значениях, а значит, будут меньше затронуты здоровые ткани.
«Речь идет о поверхностных или приповерхностных тканях: коже и слизистых оболочках, которые можно облучать эндоскопическим путем — например, полость рта, кишечник. Еще одна область применения — во время интраоперационной ревизии, когда хирург в процессе полостной операции обнажает внутренние ткани, — рассказала ученый. — Кстати, именно этот способ, но с применением молекулярных флуоресцентных красителей, сегодня уже используется в лечении онкологических заболеваний. После внутривенного или местного введения препарата на открытые ткани воздействуют излучением инфракрасного диапазона. Хирург надевает специальные очки и видит светящиеся области — именно в них есть накопления онкоклеток».
Однако, отмечает Елена Соловьева, при интраоперационном мониторинге с применением молекулярных красителей для локальной гипертермии приходится использовать очень высокие световые мощности, тогда как разработки исследователей СПбГУ могут помочь добиться такого же результата при более низких их значениях, а значит, будут меньше затронуты здоровые ткани.
Лаборатория плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ была создана в 2022 году. Ее возглавила молодой ученый Елена Викторовна Соловьева, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии СПбГУ.
Сотрудники лаборатории ведут исследования по трем ключевым направлениям, связанным с потенциальным применением наночастиц благородных металлов, синтезом фотоактивных молекул для биомедицинских применений, а также с развитием спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света (SERS: Surface-enhanced Raman spectroscopy).
Сотрудники лаборатории ведут исследования по трем ключевым направлениям, связанным с потенциальным применением наночастиц благородных металлов, синтезом фотоактивных молекул для биомедицинских применений, а также с развитием спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света (SERS: Surface-enhanced Raman spectroscopy).
Золотые «палочки», «ежики» и «стержни»
Нужных эффектов позволяют достичь наночастицы золота. Во-первых, золото — один из самых биосовместимых металлов. Во-вторых, его наночастицы обладают плазмонными свойствами: они усиливают оптический отклик молекул, с которыми находятся в одной гибридной структуре.
В-третьих, дают выраженный фототермический эффект: то есть при воздействии света с нужной длиной волны очень активно генерируют тепло и могут практически «сжигать» раковые клетки. В-четвертых, последние исследования золотых наночастиц говорят о том, что они достаточно безопасны и не представляют угрозы для людей и животных, так как подлежат экскреции — выводятся из организма.
«Еще одно преимущество — наночастицы золота легко синтезировать в любой форме: „палочек“, „ежиков“, „стержней“. Изменяя их геометрические характеристики (например, отношение диаметра наностержня к его длине), можно „настраивать“ их под нужный оптический диапазон — то есть разные частицы будут активироваться светом разной длины волны. Мы получаем частицы в своей лаборатории без какого-либо сложного оборудования. Главное — иметь хорошие чистые реактивы», — отметила Елена Соловьева.
В-третьих, дают выраженный фототермический эффект: то есть при воздействии света с нужной длиной волны очень активно генерируют тепло и могут практически «сжигать» раковые клетки. В-четвертых, последние исследования золотых наночастиц говорят о том, что они достаточно безопасны и не представляют угрозы для людей и животных, так как подлежат экскреции — выводятся из организма.
«Еще одно преимущество — наночастицы золота легко синтезировать в любой форме: „палочек“, „ежиков“, „стержней“. Изменяя их геометрические характеристики (например, отношение диаметра наностержня к его длине), можно „настраивать“ их под нужный оптический диапазон — то есть разные частицы будут активироваться светом разной длины волны. Мы получаем частицы в своей лаборатории без какого-либо сложного оборудования. Главное — иметь хорошие чистые реактивы», — отметила Елена Соловьева.
Исследования ученых СПбГУ поддержаны грантом Российского научного фонда № 22-73-10052 «Мультимодальные плазмонные метки для биовизуализации и лечебной гипертермии».
Маленькими шагами к большой цели
Сегодня специалисты лаборатории изучают оптические свойства наночастиц, в том числе в физиологическом растворе и питательной среде. Это нужно, чтобы предсказать, как нанокомплексы будут вести себя в организме человека. Затем проводится проверка цитотоксичности, чтобы понять, не навредят ли они здоровым тканям.
Также ученые наблюдают, насколько хорошо частицы проходят через мембраны клеток и в каком количестве могут там задерживаться. Что интересно, в лаборатории есть самостоятельно собранная установка для in vivo оценки фотодинамических свойств нанокомплексов, то есть того, насколько эффективно они выделяют активные формы кислорода в клетках при воздействии разных световых доз. Следующие этапы — продолжение исследований с лабораторными животными, первые шаги в которых были сделаны в 2022–2023 годах совместно с Центром доклинических и трансляционных исследований при НМИЦ имени В. А. Алмазова.
Также ученые наблюдают, насколько хорошо частицы проходят через мембраны клеток и в каком количестве могут там задерживаться. Что интересно, в лаборатории есть самостоятельно собранная установка для in vivo оценки фотодинамических свойств нанокомплексов, то есть того, насколько эффективно они выделяют активные формы кислорода в клетках при воздействии разных световых доз. Следующие этапы — продолжение исследований с лабораторными животными, первые шаги в которых были сделаны в 2022–2023 годах совместно с Центром доклинических и трансляционных исследований при НМИЦ имени В. А. Алмазова.
Внушительный рынок
Хотя до того момента, когда нанокомплексы ученых СПбГУ начнут использовать в медицинских клиниках, может пройти не один год, сложно спорить с актуальностью исследований, направленных на поиск новых способов борьбы с раком кожи и слизистых оболочек.
Например, опухоли кожи сегодня занимают второе место в мире среди всех онкозаболеваний. Самая частая из них — базалиома — составляет 80 % от случаев выявления злокачественных кожных новообразований. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно число выявленных фактов заболевания базалиомой прирастает на 4–8 %.
Другой пример: самый частый рак слизистых оболочек — плоскоклеточный рак полости рта. Он составляет более 90 % злокачественных опухолей слизистой оболочки рта, а согласно докладу GLOBOCAN (Global Cancer Statistics), он находится на 11-м месте по частоте встречаемости среди всех видов рака.
Для развития данного направления исследований есть и все экономические предпосылки: по информации глобальной консалтинговой компании Verified Market Reports, в 2024 году выручка рынка терапии рака кожи оценивалась в $ 9,2 млрд, а к 2033 году ожидается, что показатель достигнет $ 18,5 млрд.
Например, опухоли кожи сегодня занимают второе место в мире среди всех онкозаболеваний. Самая частая из них — базалиома — составляет 80 % от случаев выявления злокачественных кожных новообразований. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно число выявленных фактов заболевания базалиомой прирастает на 4–8 %.
Другой пример: самый частый рак слизистых оболочек — плоскоклеточный рак полости рта. Он составляет более 90 % злокачественных опухолей слизистой оболочки рта, а согласно докладу GLOBOCAN (Global Cancer Statistics), он находится на 11-м месте по частоте встречаемости среди всех видов рака.
Для развития данного направления исследований есть и все экономические предпосылки: по информации глобальной консалтинговой компании Verified Market Reports, в 2024 году выручка рынка терапии рака кожи оценивалась в $ 9,2 млрд, а к 2033 году ожидается, что показатель достигнет $ 18,5 млрд.
Полина Огородникова
Автор статьи
Подписаться на рассылку
Подпишитесь на нашу рассылку по электронной почте, чтобы получать полезные советы и ценную информацию каждый месяц.