Исследователи Массачусетского технологического института разработали золотые наностержни, которые поглощают энергию ближнего инфракрасного излучения и излучают ее в виде тепла, разрушая раковые клетки. Давно известно, что тепло является эффективным оружием против опухолевых клеток.
Однако трудно нагревать опухоли пациентов, не повреждая близлежащие ткани.

Теперь исследователи Массачусетского технологического института разработали крошечные частицы золота, которые могут проникать в опухоли, а затем, поглощая энергию ближнего инфракрасного излучения и излучая ее в виде тепла, уничтожать опухоли с минимальными побочными эффектами.

Такие частицы, известные как золотые наностержни, могли бы диагностировать, а также лечить опухоли, говорит аспирант Массачусетского технологического института Джеффри фон Мальцан, который разработал частицы, самонаводящиеся к опухоли, совместно с Сангитой Бхатия, профессором Отделения медицинских наук и технологий Гарварда и Массачусетского технологического института (HST) и факультета электротехники и компьютерных наук., сотрудник Института интегративных исследований рака Дэвида Х. Коха при Массачусетском технологическом институте и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

Фон Мальцан и Бхатия описывают свои золотые наностержни в двух статьях, недавно опубликованных в журнале Cancer Research и Advanced Materials. В марте фон Мальцан получил студенческую премию Лемельсона-Массачусетского технологического института, отчасти за свою работу с наностержнями.

Раком страдают около семи миллионов человек во всем мире, и, по прогнозам, это число вырастет до 15 миллионов. Большинство из этих пациентов проходят курс химиотерапии и/или облучения, которые часто эффективны, но могут иметь изнурительные побочные эффекты, поскольку трудно воздействовать на опухолевую ткань.

По словам фон Мальцана, при химиотерапевтическом лечении 99 процентов вводимых лекарств обычно не достигают опухоли. Напротив, золотые наностержни могут специфически фокусировать тепло на опухолях.

«Этот класс частиц обеспечивает наиболее эффективный метод специфического накопления энергии в опухолях», — сказал он.

Уничтожение опухолей.
Наночастицы золота могут поглощать свет различной частоты, в зависимости от их формы. Частицы в форме стержней, такие как те, которые использовали фон Мальцан и Бхатия, поглощают свет на частоте, близкой к инфракрасной; этот свет нагревает стержни, но безвредно проходит через ткани человека.

В исследовании, опубликованном в журнале Cancer Research paper, опухоли у мышей, получавших внутривенную инъекцию наностержней плюс лечение лазером ближнего инфракрасного диапазона, исчезли в течение 15 дней. Эти мыши выжили в течение трех месяцев без каких-либо признаков рецидива до конца исследования, в то время как мыши, которые не получали никакого лечения или только наностержни или лазер, этого не сделали.

Как только наностержни вводятся, они равномерно распределяются по всему кровотоку. Команда Бхатии разработала полимерное покрытие для частиц, которое позволяет им сохраняться в кровотоке дольше, чем любым другим наночастицам золота (период полураспада превышает 17 часов).

При разработке частиц исследователи воспользовались тем фактом, что кровеносные сосуды, расположенные вблизи опухолей, имеют крошечные поры, достаточные для проникновения наностержней. Наностержни накапливаются в опухолях, и в течение трех дней печень и селезенка удаляют все, что не достигает опухоли.

Во время однократного воздействия лазера ближнего инфракрасного диапазона наностержни нагреваются до 70 градусов Цельсия, что достаточно для уничтожения опухолевых клеток. Кроме того, нагревание их до более низкой температуры ослабляет опухолевые клетки в достаточной степени, чтобы повысить эффективность существующих методов химиотерапии, повышая возможность использования наностержней в качестве дополнения к этим методам лечения.

Наностержни также можно было бы использовать для уничтожения опухолевых клеток, оставшихся после операции. По словам фон Мальцана, наностержни могут быть более чем в 1000 раз точнее скальпеля хирурга, поэтому они потенциально могут удалять остаточные клетки, которые хирург не может достать.

Обнаружение опухолей.

Способность наностержней к самонаведению также делает их многообещающим инструментом для диагностики опухолей. После введения частиц их можно получить с помощью метода, известного как комбинационное рассеяние света. Любая ткань, которая загорается, кроме печени или селезенки, может содержать инвазивную опухоль.

В статье Advanced Materials исследователи показали, что они могут улучшить визуализирующие способности наностержней, добавив к их поверхности молекулы, поглощающие ближний инфракрасный свет. Благодаря этому усиленному поверхностью комбинационному рассеянию можно обнаружить очень низкие концентрации наностержней — всего до нескольких частей на триллион в воде.

Еще одним преимуществом наностержней является то, что, покрывая их различными типами светорассеивающих молекул, они могут быть сконструированы таким образом, чтобы одновременно собирать несколько типов информации — не только о наличии опухоли, но и о том, существует ли риск ее проникновения в другие ткани, является ли это первичной или вторичной опухолью, или где она возникла.

Бхатия и фон Мальцан изучают возможность коммерциализации этой технологии. Прежде чем золотые наностержни можно будет использовать на людях, они должны пройти клинические испытания и быть одобрены FDA, что, по словам фон Мальцана, займет несколько лет.