Исследователи из Южного федерального университета (ЮФУ) создали перспективные наночастицы на основе фторида кальция, допированного европием (CaF₂:Eu), которые могут стать ключом к более эффективному лечению онкологических заболеваний, расположенных глубоко в тканях. Эти частицы обладают способностью преобразовывать рентгеновское излучение в видимый свет прямо внутри организма.
Эта технология направлена на усовершенствование фотодинамической терапии (ФДТ). В стандартной ФДТ специальные вещества, фотосенсибилизаторы, под действием света производят активные формы кислорода, уничтожающие раковые клетки. Однако обычный свет не проникает глубоко в ткани, что ограничивает применение метода. Наночастицы CaF₂:Eu решают эту проблему. При облучении рентгеном, который легко проходит сквозь ткани, они начинают светиться синим и оранжевым светом в видимом диапазоне. Это свечение активирует фотосенсибилизатор, который связан с наночастицами фторида, запуская процесс уничтожения раковых клеток активными формами кислорода.
«Наше исследование было связано с разработкой материала и метода его синтеза, который позволяет под воздействием рентгеновского излучения управлять степенью окисления европия. Изначально мы получаем материал — фторид кальция (CaF₂), легированный европием в степени окисления +3 (Eu³⁺). При облучении мы обнаружили, что в зависимости от метода синтеза, в некоторых образцах происходит окислительно-восстановительная реакция: Eu³⁺ переходит в Eu²⁺. Это происходит непосредственно в контексте фотодинамической терапии во время воздействия рентгеновского излучения. В результате в материале во время гипотетического лечения одновременно присутствуют два разных иона европия: Eu³⁺ и Eu²⁺. У каждого из них свой спектр излучения при воздействии рентгеном. Соответственно, мы можем в наш активный композит для лечения закладывать два разных фотосенсибилизатора, каждый активируемый своим ионом», — объяснила заведующая международной исследовательской лабораторией функциональных материалов Елизавета Андреевна Муханова.
Ключевая особенность разработки, как отмечается в исследовании, – возможность «настройки» цвета излучения частиц еще на этапе их синтеза. Цвет свечения (синий или оранжевый) зависит от преобладающей степени окисления атомов европия в материале, которую можно контролировать, изменяя условия получения частиц. Эта настраиваемость критически важна, поскольку разные фотосенсибилизаторы активируются светом определенной длины волны. Возможность получать частицы с разным спектром излучения делает технологию универсальной и позволяет гибко подбирать сочетания для персонализированного лечения, расширяя рабочий диапазон метода. Материал рассматривается как комбинированное решение, адаптируемое под широкий спектр существующих фотосенсибилизаторов.
«Исследования последних двух-трех лет показывают, что использование разных фотосенсибилизаторов увеличивает концентрацию активных форм кислорода почти в два раза. По оценкам некоторых исследователей, эффективность лечения тогда увеличивается тоже в два-три раза по количеству погибших раковых клеток. Обычно другие исследователи берут катионы двух разных элементов. У нас же исходный фторид допируется только одним элементом — европием. Это упрощает синтез материала. Используемый нами катион (европий) переходит при воздействии рентгена частично в другую степень окисления (Eu³⁺ → Eu²⁺). И мы можем сразу сочетать этот материал с двумя фотосенсибилизаторами, что, как мы предполагаем, увеличит эффективность лечения в будущем», — добавила Е.А. Муханова.
Хотя до клинического применения технологии предстоит длительный путь доклинических и клинических испытаний, а также этап патентования методики синтеза, ее потенциал для лечения глубоко расположенных опухолей с минимизацией побочных эффектов оценивается как высокий. Дополнительно изучается возможность использования этих наночастиц в области рентгеновской визуализации. Результаты работы, выполненной в рамках программы «Приоритет-2030», опубликованы в журнале Journal of Luminescence.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник фото: ru.123rf.com
