Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами, используя два метода, успешно синтезировали суперпарамагнитные наночастицы магнетита, легированного галлием. Кроме того, исследователи всесторонне изучили их свойства, а также in vitro проверили новые наночастицы на биосовместимость. Полученные результаты подтвердили потенциал новых наночастиц для онкотераностики — диганостики и терапии онкологических заболеваний.

Результаты опубликованы в журнале Materials Today Nano (Q1, IF: 8.2). Исследование поддержано грантом РНФ (№ 25-73-10231).

Среди различных магнитных наноматериалов биомедицинского применения наночастицы магнетита широко используются, например, для адресной доставки лекарств, усиления контраста МРТ, магнитной гипертермии и другого. Среди основных их преимуществ — признанная биосовместимость и замечательные магнитные свойства. Однако, несмотря на их потенциал, использование наночастиц в адресной доставке лекарств сталкивается со специфическими проблемами. Среди них — достижение стабильной загрузки лекарства и адресного высвобождения — остается сложной задачей из-за нестабильной конъюгации лекарства и преждевременной утечки.

Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые предлагают рассмотреть легирование структуры магнетита ионами других металлов, а недавние исследования уже продемонстрировали эффективность синергии, возникающей из полезных свойств различных ионов.

"Галлий — металл, активно используемый в лечении рака. Ионы галлия обладают значительным терапевтическим потенциалом, включая противовоспалительное, иммуномодулирующее и антигиперкальциемическое (снижение уровня кальция в сыворотке крови до нормальных значений — ред.) действие. Противораковый механизм ионов галлия обусловлен его способностью биологически имитировать оксид железа. Несмотря на эти факты, клиническое применение соединений галлия, в частности, нитрата, мальтолата и хлорида, сталкивается со значительными ограничениями. Так, внутривенное введение ионов галлия может привести к высокой нефротоксичности (токсическое действие, способное вызвать структурно-функциональные повреждения почек — ред.) и снижению эффективности. Поэтому улучшение стратегий доставки для повышения тканеспецифического воздействия галлия и минимизации его системной токсичности остается важной задачей. В этом отношении сочетание преимуществ ионов галлия и наночастиц магнетита посредством стратегии легирования может обеспечить новый, перспективный путь для терапии рака." — говорит руководитель исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозем.

Отмечается, что в отличие от традиционных химиотерапевтических агентов и наноносителей для доставки лекарств, предлагаемые наночастицы на основе магнетита и ионов галлия действуют как самотерапевтические системы благодаря присущей галлию противораковой активности в сочетании с магнитной чувствительностью. По словам исследователей, этот уникальный механизм позволяет одновременно проводить диагностику и лечение, снижая системную токсичность и преодолевая основные ограничения существующих материалов. Однако, несмотря на многообещающие доклинические исследования, указывающие на противораковый потенциал наночастиц магнетита, легированного галлием, контролируемый синтез этих материалов остается серьезной проблемой.

"Наиболее распространенным методом является термическое разложение металлоорганических прекурсоров. Однако он обладает рядом существенных недостатков для биомедицинских применений. Для синтеза смешанных систем на основе оксидов металлов разработано несколько методов, включая соосаждение, сольвотермический синтез, золь-гель-процесс и сжигание в растворе. Среди них весьма перспективным представляются золь-гель-процесс и сольвотермические методы. При этом систематическое сравнение золь-гелевого и сольвотермического методов синтеза наночастиц магнетита, легированного галлием, с акцентом на взаимосвязь их структуры и свойств для потенциального противоракового применения еще не проводилось." — добавляет соавтор статьи, доцент отделения ядерно-топливного цикла Инженерной школы ядерных технологий Лилия Леонова.

В рамках исследования ученые синтезировали двумя способами наночастицы магнетита, легированные галлием, и всесторонне изучили их структурные, морфологические, магнитные и биологические свойства. Оба метода синтеза позволили получить однофазные наночастицы с улучшенными магнитными свойствами. Кроме того, исследователи провели предварительную оценку биосовместимости полученных наночастиц in vitro с использованием клеток глиобластомы и фибробластов при воздействии магнитного поля низкой интенсивности.

"Полученные результаты подтвердили потенциал наночастиц магнетита, легированных галлием, в качестве новых перспективных терапевтических, магнитно-управляемых наноплатформ для целенаправленного лечения рака. Также была установлена взаимосвязь синтеза, структуры и свойств наночастиц, определены оптимальные условия для сочетания противоракового потенциала галлия с магнитными свойствами магнетита." — подытоживает директор Международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Роман Сурменев.

В исследовании приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий и Инженерной школы ядерных технологий ТПУ, ТГУ, Федерального научно-исследовательского центра цитологии и генетики СО РАН, Института физики прочности и материаловедения им. Панина СО РАН.

Источник: Минобрнауки России