Kemikere skaber nanopartikler til sikker billeddannelse af tumorer

Kemikere fra Rusland og Schweiz skabte biosikre selvlysende nanopartikler til billeddannelse af tumorer og blodkar beskadiget af hjerteanfald eller slagtilfælde. Partiklerne er lavet af hafniumoxid, der bruges til intravenøs injektion, og dopet med ioner af sjældne jordartsmetaller. Forskerne håber at skabe et alternativ til giftige kvantepunkter og billeddybe væv uden at skade patienten. Undersøgelsen dukkede op i Kolloider og overflader B:Biointerfaces .

Forskerne fra ITMO University i Sankt Petersborg og ETH Zürich forsøgte sikkert at visualisere kræfttumorer og beskadigede blodkar i hjertet og hjernen. De nanopartikler, de udviklede, kan udsende synligt lys under ultraviolet og blå excitation, der gør det muligt for læger at bruge dem som kontrastmiddel til billeddannelse af indre væv.

Billeddannelsen af ​​organer er ikke illustrativ uden egnede markører, men alle optisk aktive stoffer, der i dag bruges til dette formål, har betydelige ulemper. Dermed, organiske midler virker ikke universelt og nedbrydes hurtigt i kroppen. Og selvom halvledernanopartikler kaldet kvanteprikker har unikke luminescerende egenskaber, på grund af deres farlige virkning på en levende patient, disse partikler kan kun anvendes in vitro.

Ifølge ITMO-forskere, de markører, de har udviklet, er fri for disse ulemper og kan erstatte kvantepunkter i fremtiden. De nye nanopartikler er sammensat af hafniumoxid dopet med sjældne jordarters ioner europium og terbium. De giver høje selvlysende egenskaber, og hafniumoxidet fungerer som en gennemsigtig matrix, der sikrer deres biosikkerhed og holder dem skinnende.

Hafniumoxid er bioinert; i 2015, FDA inkluderede dette stof på en liste over oxider, der er godkendt til intern brug. Nogle former for jern- og aluminiumoxider er også tilladt til intravenøs injektion. Men i modsætning til hafnium, de absorberer for meget lys og svækker luminescens.

Ud over, hafnium og sjældne jordartsmetaller har atomer, der er ens i størrelse, så det lykkedes kemikerne at holde krystaloxidstrukturen arrangeret, når man udskiftede en del af hafniumioner med de sjældne jordartselementer. Dette gjorde det muligt for forskerne at give de nødvendige optiske egenskaber til nanopartiklerne, samtidig med at sedimentering i biologiske væsker med neutral pH forhindres.

Sedimenteringen af ​​partikler kan akkumulere og blokere blodkar. "Vi kunne ikke dække nanopartikler med en stabilisator, fordi det ville reducere kvanteudbyttet, "siger Aleksandra Furasova, avisens første forfatter. "Det er derfor, vi dopede hafniumoxid med sjældne jordarters metalioner. For det første, de ladede overfladen af ​​partiklerne, der stabiliserede sidstnævnte i biologiske væsker. For det andet introducerer forskellige sjældne jordarter, vi lærte at skifte luminescensspektret. For eksempel, partikler med terbium udsender grønt, mens partikler med europium udsender rødt. Dette vil være nyttigt til løsning af specifikke opgaver. "

Sjældne jordarters grundstoffer har et bestemt niveau af toksicitet. Så kemikerne tilføjede store mængder af partiklerne til prøverne af blodplasma og mediet med dyrkede celler. Det viste sig, at partiklerne er stabile i blodet og ikke ændrer deres konsistens; på grund af sjældne jordarters evne til at være stærkt bundet i oxid, de skader ikke celler.

Anna Fakhardo, en SCAMT -forsker, tilføjer, "I tre dage, vi så livscyklussen for dyrkede lungefibroblaster og mesenkymale stamceller og bemærkede ingen toksiske virkninger forårsaget af rene eller dopede nanopartikler af hafniumoxid. Det er, de kan potentielt anvendes i medicin."

I fremtiden, forskerne vil bruge nanopartikler af hafniumoxid ikke kun til billeddannelse, men til tumorterapi. Under røntgenstråler, atomer af hafnium og sjældne jordarters metaller, som alle tunge elementer, ionisere vandmolekyler, der bliver til såkaldte frie radikaler og begynder at dræbe naboceller. Denne kræftbehandlingsmetode kan ikke konkurrere med kemoterapi i pris, men det formodes at være mindre skadeligt, fordi det tillader behandling af tumorer lokalt, selv i hjernen.