Светочувствительные наночастицы могут улучшить визуализацию и лечение рака

Прозрачный лазерный свет через кожу может использоваться для формирования детальных изображений тканей чуть ниже поверхности, как способ диагностики заболевания. Мощные лазеры также могут быть использованы терапевтически для разрушения пораженных участков ткани. Группа из Института прикладной физики им. Нелло Каррары в Италии разработала и проверила новый тип наночастиц, которые можно вводить в ткани для более эффективной реакции на лазерное излучение и повышения эффективности этих методов.

Одна техника, которую группа надеется использовать с наночастицами, — это фотоакустическая визуализация. При этом используется короткий лазерный импульс для фокусировки света в точной области ткани, до сантиметра ниже поверхности кожи. Энергия поглощается, и область немного нагревается, что вызывает ее вибрацию и излучение небольшого ультразвукового импульса, который может быть обнаружен детектором на поверхности.

Величина испускаемого ультразвука зависит от свойств ткани, что позволяет идентифицировать различные структуры. Фотоакустическая визуализация может визуализировать гораздо более глубокие ткани, чем визуализация с использованием только лазерного излучения. Это потому, что свет должен проходить только один путь через ткань; возвращающиеся ультразвуковые волны не так сильно рассеиваются и могут проходить через тело гораздо легче. Наночастицы, которые реагируют на лазерное излучение, могут сделать фотоакустическую визуализацию более эффективной.

Лазерные стимулированные наночастицы золота также ранее были разработаны как способ уничтожения раковых клеток. Наночастицы могут быть покрыты соединением, которое обеспечивает их поглощение специфическими клетками. Частицы реагируют на импульс лазерного излучения и нагревают окружающую среду, целенаправленно убивая клетки. Такие наночастицы не использовались клинически, однако, либо из-за проблем с токсичностью, либо потому, что они недостаточно хорошо реагируют на световые волны, проникающие глубоко в организм.

В своем последнем исследовании исследователи создали золотые наностержни длиной около 75 нм и шириной 15 нм, покрытые полиэтиленгликолем и пептидом, чтобы уменьшить любые негативные биологические эффекты и стимулировать их поглощение клетками. Они настроили размер этих наностержней для поглощения инфракрасного лазерного излучения на длине волны 1064 нм.

Раньше наностержни могли поглощать свет только на длине волны около 800 нм, что менее подходит для медицинских применений из-за ограничений максимальной интенсивности лазера на более коротких длинах волн и большей доступности лазеров с большей длиной волны. Эти наночастицы также предназначены для реагирования на лазерную стимуляцию путем образования пузырьков, которые разрушают клетки, а не разрушают их при сильном нагревании.

Команда проверила их наночастицы на изолированных макрофагах (лейкоцитах) и увидела, что скорость, с которой они поглощались, была аналогична предыдущим типам наночастиц. Наночастицы, по-видимому, не были токсичными для клеток после абсорбции, и никаких признаков апоптоза не наблюдалось. Когда исследователи применяли лазерные импульсы, частицы образовывали микропузырьки внутри клеток, которые излучали обнаруживаемые ультразвуковые волны. Пузырьки также могли вызывать гибель клеток при уровнях интенсивности лазера, которые в настоящее время разрешены в соответствии с клиническими рекомендациями.

«Для клинического перевода я думаю, что использование наночастиц для придания локализованной терапии является наиболее интересным с преимуществом поддержки визуализации», - говорит ведущий автор Люсия Кавильи. «Поверхностный рак, такой как рак кожи, или рак с легким доступом через оптическое волокно (например, рак кишечника) был бы особенно подходящим для этого подхода».

Необходимы дальнейшие тесты, чтобы оценить безопасность наностержней и то, насколько хорошо они будут функционировать в организме. В частности, важно посмотреть, как долго частицы остаются в организме после инъекции, чтобы выяснить, разрушаются ли они и как они выделяются.