Forskere skaber fotoluminescerende nanopartikler for at fremhæve kræftceller

En gruppe russiske og franske forskere, med deltagelse af forskere fra Lomonosov Moscow State University, har syntetiseret nanopartikler af ultrarent silicium, der udviser effektiv fotoluminescens, sekundær lysemission efter fotoexcitation. Disse partikler trængte let ind i kræftceller til brug som selvlysende markører i den tidlige diagnose og behandling af kræft. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Ifølge medforfatter Victor Timoshenko, tidligere forsøg i andre laboratorier var mislykkede, hovedsageligt fordi nanopartiklerne blev syntetiseret ved kemiske reaktioner i sure opløsninger. "De opnåede partikler var ikke tilstrækkeligt rene, " siger han. "Biprodukter fra de kemiske reaktioner gjorde dem giftige. Desuden, disse nanopartikler havde en form, som var langt fra en kugle, og det bidrager ikke til udseendet af fotoluminescensen. Disse to ulemper begrænsede deres anvendelser stærkt."

For at afhjælpe disse mangler, forskerne brugte en anden metode, såkaldt laserablation, som udstøder atomer fra målet med en laserstråle, så de afrevne atomer danner en nanokrystal. Problemet var, at de revnede atomer i dette tilfælde ofte ikke kombinerede med partikler, men med nogle vilkårlige lag, og selv hvis nanopartiklerne blev opnået, de var ikke fotoluminescerende. Enten var nanopartiklerne for store, eller de kølede for hurtigt ned og havde ikke tid til at danne nanokrystaller af høj kvalitet. Dermed, det var nødvendigt at opvarme dem i kort tid for at fremme krystallisation.

"Til det formål vi besluttede at bruge korte, højintensive laserimpulser, " siger professor Timoshenko. "De skød ikke kun siliciumatomerne ud fra målet, men derudover ioniserede dem. De udsendte elektroner førte til ionisering af heliumatomer, der udgør den atmosfære, hvori det forekom. Inden for nanosekunder, laserplasma dannede de forhold, der gjorde det muligt for atomerne at sintre til sfæriske nanokrystaller. Disse perler, der falder på overfladen, aggregeres som et luftigt lag, som efterfølgende kunne spredes i vand."

Disse sfæriske nanopartikler havde den helt rigtige størrelse, to til fire nanometer i diameter, hvilket gav effektiv fotoluminescens, hvor hver faldende foton var afbalanceret med en udstødt. I modsætning til nanopartikler opnået ved kemisk ætsning, de krævede ikke giftige tilsætningsstoffer. Og vigtigst af alt, som vist ved biologiske eksperimenter, de kunne let trænge ind i cellerne. I øvrigt, nanosfærerne trængte meget lettere ind i kræftceller end raske. Dette skyldes, at kræftceller altid er klar til at dele sig, og dermed absorbere alt for at producere datterceller. Ifølge Victor Timoshenko, afhængigt af typen af ​​celler, kræftceller absorberer typisk nanopartikler 20 til 30 procent mere effektivt end raske, som danner grundlag for diagnosticering af kræft i tidligt stadie.

"Vores største præstation var at producere nanopartiklerne og fastslå, at de let trænger ind i kræftceller, " sagde Victor Timoshenko. "Problemet med diagnosen er en separat opgave, som blev løst samtidigt af biologer, med vores deltagelse. Du kan, for eksempel, erstatte analysen af ​​biopsi, en ret lang og upålidelig 'ja-nej'-test, i stedet for at detektere, om en nanopartikel trængte ind i en vævsprøve eller ej. Der er også ikke-invasive diagnostiske metoder. Det fotoluminescerende lys fra nanopartiklerne i dette tilfælde er svært at bruge, men de kan aktiveres på andre måder – f.eks. ultralyd eller radiofrekvente elektromagnetiske bølger."

Den største fordel ved nanopartiklerne er, at de er fuldstændig ugiftige og let udskilles. De kan også binde til specifikke stoffer eller biomolekyler (f.eks. antistoffer), giver læger mulighed for at målrette dem ind i kræftceller og derved øge effektiviteten af ​​diagnosticering. Ifølge Victor Timoshenko, i fremtiden kan disse nanopartikler også binde sig til lægemidler, der ikke kun vil opdage kræft, men også udføre lokal kemoterapi eller strålebehandling på mobilniveau.