Лечение золотом: ученые создают наночастицы для терапии рака по уникальной методике

Проблема рака во всем мире

Ежегодно от рака умирает более 7 млн человек в год, это заболевание остается одной из ведущих причин смерти во всем мире. По оценкам, в следующие два десятилетия смертность от него достигнет 13,1 млн человек в год. Уже в 2020 году на его долю пришлось около 10 млн смертей. Самыми распространенными в 2020 году с точки зрения новых случаев были грудь (2,26 млн случаев), легкое (2,21 млн), толстая и прямая кишка (1,93 млн).

Некоторые хронические инфекции являются факторами риска рака. Самое трагическое в том, что это особая проблема в странах с низким и средним уровнем доходов, где больным пациентам сложнее получить качественное медицинское обслуживание. Хирургия, лучевая терапия и химиотерапия — ключевые факторы в его лечении. Эти виды терапии замедляют прогрессирование заболевания и увеличивают выживаемость пациентов. С каждым годом ученые все больше узнают о генетических факторах заболевания, о влиянии окружающей среды. Развитие нанотехнологий помогает ученым создавать новые наночастицы. С помощью золота можно диагностировать и лечить рак – например, уничтожать опухоли.

Как наночастицы помогают при лечении рака

Золотые наночастицы используются в электронике, создании солнечных элементов и высокоточных приборов, но больше всего они интересны экспертам в области биоинженерии и медицины. Например, они используются в лечении опухолей — фототермической терапии. С помощью специальных биологических молекул золотые наночастицы адресно доставляются к злокачественным клеткам. Для этого обычно используют аптамеры — «молекулы-поводыри», по сути, это искусственно созданные одноцепочечные последовательности ДНК или РНК. Они устроены так, что связываются с наночастицами и доставляют их куда надо. Такие системы доставки называют биоконъюгатами.

После попадания в раковые клетки золотые наночастицы накапливаются, а после — разогреваются под действием внешнего поля, например из-за лазерного излучения, и уничтожают злокачественные клетки изнутри. Уничтожение клеток из-за избыточного нагрева — обычный процесс.

Почему важен размер наночастиц

Обычно, когда ученые синтезируют золотые наночастицы, они получаются разного размера — от больших (в наномасштабе) до ультрамалых. В одном из исследований ученые показали, как использование золотых наночастиц разного размера влияет на диагностику и терапию рака. Маленькие частицы отличаются относительно коротким периодом полураспада из-за быстрого выведения из почек. Они могут выйти из организма быстрее, чем принесут пользу.

Более крупные наночастицы золота лучше накапливаются в определенных опухолях из-за EPR-эффекта. Enhanced permeability and retention effect — эффект улучшенной проницаемости и удержания в клетках, благодаря ему молекула определенных размеров имеет тенденцию к большему накоплению в ткани опухоли. Новый метод российских ученых упрощает ситуацию — когда частицы создаются одного размера, их параметры проще контролировать.

Как работает новый метод?

Технология, запатентованная российскими учеными, позволяет получать шарообразные наночастицы золота диаметром около 5 нм с очень небольшим разбросом значений. В ходе процесса каналы минерала хризотила (разновидность асбеста, его выбрали опытным путем, он хорошо выдерживает высокие температуры, но при этом его можно растворить и извлечь золото) заполняют раствором тетрахлороаурата водорода — это самое распространенное соединение золота, его используют для получения большинства остальных соединений. После образец высушивают и нагревают при высоких температурах. Сначала при 250°С в течение 2-6 часов, а после хризотил дополнительно выдерживают при температуре 300-450°С еще столько же времени. После его обрабатывают концентратами соляной и плавиковой кислоты до растворения, это занимает 1-2 часа, пока не получится суспензия. Ее прогоняют через центрифугу, погружают в специальный химический раствор и обрабатывают ультразвуком при температуре 50-70°С в течении 15-30 минут.

Недостатки других способов

В патенте на разработку ученые отмечают, что различные способы выращивания золота были и раньше, однако у всех них был огромный минус, который не позволял применять эту технологию более широко — разность размера частиц золота. Например, если использовать метод американских ученых (патент US 8257670 от 04.09.2012), то примерно 80% наночастиц получатся разного размера — от 1 до 100 нм.

Есть и другой способ, где наночастицы (см. патент RU 2644466, опубликован 22.02.2018) получают путем восстановления золотохлористоводородной кислоты цитратом натрия. Способ позволяет получать наночастицы коллоидного золота со средним диаметром 25-30 нм, однако он требует использования только свежеприготовленных растворов. Это неэкономично и непрактично, особенно учитывая то, что только один из последних финальных этапов технологии занимает 18 часов.

Это не все способы, но все они — несовершенны, всегда получается разный размер наночастиц, что ограничивает спектр применения коллоидного золота. Новая технология российских ученых позволяет получать частицы одинакового размера, их можно применять их как в медицине, так и в промышленности.