Нанореволюция: что обеспечило квантовым точкам прорыв в медицине

МОСКВА, 22 ноя — РИА Новости. Современная медицина уже немыслима без нанотехнологий. Ученые постоянно ищут и разрабатывают новые материалы и методы их применения. Наночастицы размерами менее одной десятитысячной диаметра человеческого волоса — квантовые точки — обеспечили научный прорыв в диагностике и фармакологии. Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" активно исследует возможности применения квантовых точек в области биомедицины. 

Квантовая точка (их также называют "искусственными атомами") — это кристалл полупроводника с таким малым размером, что электроны в нем ограничены в движении в трех измерениях. Это сравнимо с лежащим в коробке с мячиком, который может перемещаться только между ее стенками. Термин "квантовая" в данном случае подразумевает, что различные характеристики этой точки, например оптические и электрические, меняются в зависимости от ее размера.

Квантовые точки были открыты в пятидесятые годы ХХ века. Довольно долго они были пассивным объектом изучения физиков. Затем химики научились синтезировать квантовые точки, задавая размеры и управляя таким образом их физическими и химическими свойствами. Но в биологии и медицине квантовые точки стали применять лишь после того, как был найден способ делать их растворимыми в воде и биологических жидкостях, а также контролировать их размер, то есть задавать физические свойства еще в процессе создания. 

В медицине чаще всего используют коллоидные квантовые точки — нанокристаллы, полученные методом химического высокотемпературного синтеза. В нагретую среду, включающую в себя два фазовых состояния или более, впрыскивают состав с необходимыми химическими реагентами. В результате происходит быстрая химическая реакция с образованием зародышей твердой фазы. Это и есть основы для кристаллических квантовых точек. Далее частицы растут, причем их размер контролируется с точностью до 10%. Средний размер квантовых точек, подходящих для использования в медицине, составляет от двух с половиной до пяти нанометров. От размера зависят оптические свойства: при внешнем облучении малые нанокристаллы светятся фиолетовым светом, а большие — красным.

Основное препятствие для введения в организм человека большинства наночастиц — их токсичность по отношению к живым клеткам, причем не только того или иного химического элемента, входящего в их состав. Речь идет о нанотоксичности. Наночастицы имеют очень малую величину, сходную с размерами биологических молекул. К нанокристаллу прилипают наши собственные белки, выворачиваясь при этом "наизнанку", что приводит к резкой реакции иммунной системы, стремящейся уничтожить "чужой" белок.

Наночастицы могут стать центрами образования нитевидных (фибрилл) и скрученных в клубок белков, напоминающих бляшки, образующиеся при болезни Альцгеймера и способные блокировать передачу нервного импульса. С "притяжением" белков нанокристаллами борются по-разному. Например, в НИЯУ МИФИ стремятся сделать поверхность частиц максимально "непривлекательной" для прилипания белков, а также исключить их слипание. При этом размер должен сохраняться в установленных рамках (2,5–5 нанометров), чтобы кристаллы выводились из организма с вероятностью, близкой к 100%.  

"Скорее всего, полностью устранить проблему токсичности наноматериалов не получится. Однако перспективы их применения в медицине будут всегда определяться балансом отрицательных и положительных свойств, которые они смогут привнести в диагностику и лечение. Очевидно, что противоопухолевые лекарства представляют серьезную опасность для здоровых тканей организма, но иначе опухоль просто не уничтожить! Поэтому задача нанобиотехнологов заключается в минимизации воздействия ядовитых веществ на здоровые клетки и органы. Приходится идти на определенный риск, чтобы в конечном итоге получить больше шансов на спасение жизни и здоровья человека", — рассказали РИА Новости Игорь Набиев, заведующий лабораторией нано- и биоинженерии НИЯУ МИФИ и профессор Реймского университета Шампань-Арденн (Франция). 

На данный момент в НИЯУ МИФИ разрабатывается проект создания переносчиков, включающих в себя микрокапсулы, заряженные  лекарством, в стенки которых вводят магнитные и серебряные наночастицы, а также радиоактивные и флуоресцентные квантовые точки. Благодаря последним капсулы светятся, что дает возможность регистрировать их местонахождение, а частицы еще и управляются при помощи магнита, двигая всю капсулу в место расположения опухоли. С помощью переменного магнитного поля или ультразвука их можно нагреть и вскрыть в тот момент, когда они достигли цели.