Химики из МГУ разработали простой способ синтеза уничтожающих раковые клетки наночастиц

Ученые химического факультета МГУ совместно с исследователями из НИТУ «МИСИС» разработали новый и очень простой метод синтеза магнитных наночастиц оксида железа определенного размера, которые можно использовать для диагностики и терапии онкологических заболеваний. Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Langmuir.

С уменьшением размера частиц вещества до сотен и даже десятков нанометров в них сильно возрастает доля поверхностных атомов, которые обладают высокой энергией. Увеличенная доля поверхностной энергии меняет химические и физические свойства материала и открывает новые направления для применения нанотехнологий, что не может не привлекать ученых.

Магнитные наночастицы имеют большой потенциал в медицине и биологии. Наночастицы определенного размера могут селективно (выборочно) накапливаться в сосудах опухолевых тканей. Поры сосудов, питающих опухоль, значительно больше пор здоровых сосудов, поэтому наночастицы могут в них «проваливаться» и тем самым накапливаться непосредственно в опухоли. При помощи магнитно-резонансной томографии можно увидеть скопления наночастиц и детектировать развитие раковых опухолей.

ПЭМ-изображение наночастиц магнетита средним размером 21±3 нм

Не менее важна возможность онкотерапии с помощью магнитных нанокластеров. В переменном высокочастотном магнитном поле наномагниты поглощают его энергию, которую затем преобразуют в тепло в процессе релаксации. В результате возникает локальное нагревание (до 42-47 С), абсолютно губительное для раковых клеток. Здоровые клетки при этом перегреву не подвергаются просто из-за отсутствия «нагревающих центров». Такой метод терапии получил название гипертермии при помощи высокочастотного магнитного поля.

Как говорят авторы работы, сборка отдельных наночастиц в кластеры придает им уникальные физические и химические свойства. С одной стороны, такие нанокластеры можно рассматривать как индивидуальные нанообъекты, а с другой их свойства обусловлены вкладом каждой наночастицы, которая их составляет. Кластерные наночастицы обладают более развитой поверхностью, которая может быть модифицирована (преобразована) молекулами.

Сотрудники химического факультета МГУ и лаборатории «Биомедицинские материалы» НИТУ «МИСИС» под руководством доктора химических наук, профессора Александра Мажуги разработали абсолютно новый способ синтеза магнитных наночастиц, основанный на использовании в процессе различных органических кислот. Были проведены исследования структуры, фазового состава и магнитных свойств полученных уникальных образцов.

ПЭМ-изображение кубических наночастиц магнетита средним размером 31±8 нм

Относительно простой синтез наночастиц заключался в термическом разложении комплексов иона железа (III) с органическими кислотами. Варьируя природу органической кислоты - концентрации исходных растворов и температуру - исследователи и получают нанокластеры необходимой формы и размера. Как поясняет один из авторов работы, доктор химических наук, профессор кафедры органической химии химического факультета МГУ Елена Белоглазкина, циклокарбоновые кислоты относятся к поверхностно-активным веществам, которые специфически адсорбируются (собираются) на гранях растущих кристаллов, в результате чего, применяя ту или иную кислоту, можно получить кластер определенной – нужной -- формы и размера.

Изучением магнитных свойств нанокластеров оксида железа занимались сотрудники НИТУ «МИСИС». Как рассказал Алексей Никитин, инженер лаборатории «Биомедицинские Наноматериалы» НИТУ «МИСиС», синтезированные нанокластеры обладали высоким значением магнитного насыщения. Чем выше магнитное насыщение вещества, тем меньше должно быть приложенное магнитное поле для намагничивания частиц.

Синтезированные нанокластеры показали высокие значения Т2 релаксивности, что говорит об их потенциальной эффективности при применении в магнитно-резонансной томографии в качестве контрастных агентов.

Фото: ПЭМ-изображение наночастиц магнетита средним размером 13±2 нм, полученных в присутствии 1,2-гексадекандиола и олеиновой кислоты