Наночастицы в медицине

2024

Российские ученые предложили использовать нейтрофилы для доставки лекарственных наночастиц в раковые опухли

Российские ученые предложили использовать особый вид лейкоцитов — нейтрофилы — в качестве носителей лекарственных наночастиц для борьбы со злокачественными опухолями. Исследование открывает новые перспективы в разработке эффективных способов лечения онкологических заболеваний. Об этом МИСИС сообщил 4 декабря 2024 года. Подробнее здесь.

Физики МФТИ создали полимерные субмикрокапсулы с наночастицами золота для адресной онкотерапии

Физики МФТИ создали полимерные субмикрокапсулы с наночастицами золота, которые под воздействием света способны преобразовать внутриклеточную перекись водорода в молекулярный кислород. Это позволяет запустить процесс гибели раковых клеток. Данный эффект можно применить при адресной терапии злокачественных опухолей. Результаты исследования по программе «Клевер» опубликованы в журнале PARTICLE & PARTICLE SYSTEMS CHARACTERIZATION. Об этом 1 августа 2024 года сообщили представители МФТИ. Подробнее здесь.

Российские ученые предложили метод бактерицидной обработки титановых имплантатов с помощью наночастиц золота

Коллектив исследователей Университета МИСИС, МГУ им. М.В. Ломоносова и НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина разработал эффективную методику повышения антибактериальных свойств сверхупругих титановых сплавов при помощи наночастиц золота и лекарственных препаратов. Об этом порталу Zdrav.Expert сообщили представители МИСИС 14 мая 2024 года. По их словам, в перспективе этот метод поможет сократить количество послеоперационных бактериальных инфекций у пациентов. Подробнее здесь.

2023

ИИ научили искать наночастицы, токсичные только для рака

Химики из ИТМО разработали ИИ-платформу для поиска наночастиц, избирательно токсичных к раковым клеткам. Об этом ИТМО сообщило 9 октября 2023 года. По словам ученых, система сэкономит время и ресурсы для синтеза частиц, а также поможет уменьшить побочные эффекты от противораковой терапии. Подробнее здесь.

Наночастицы нитрида бора – перспективная основа для доставки лекарств в раковые опухоли

Ученые Университета МИСИС установили, что наиболее перспективной платформой для доставки лекарств при онкозаболеваниях может стать наночастица нитрида бора (BN). Исследования показали, что полезное вещество и носитель образуют прочную связь, тем самым обеспечивая надежную основу для улучшения систем таргетной терапии. Об этом университет сообщил 4 октября 2023 года.

Кристина Котякова, научный сотрудник научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» Университета МИСИС

Для снижения нагрузки на организм в период онкотерапии необходима прямая доставка противоопухолевых препаратов в пораженные участки, так как кислая среда желудочно-кишечного тракта может сделать лекарства неэффективными до того, как они достигнут клеток-мишеней. Однако большинству лекарств не хватает способности воздействовать на определенные раковые клетки, что требует разработки безопасных носителей и таргетных подходов.

Рибофлавин, или витамин B2, играет жизненно важную роль в различных клеточных процессах, включая метаболизм липидов, кетоновых тел, углеводов и белков. При патологических состояниях, в том числе при онкозаболеваниях, метаболизм и накопление B2 в пораженных тканях усиливается.

Доставить рибофлавин в конкретную опухоль можно с помощью наночастиц-носителей. Они должны быть биосовместимыми, иметь большую площадь и в нужный момент способны высвободить лекарство со своей поверхности. Молекуле витамина В2, благодаря изоаллоксазину в составе, легче прикрепляться к поверхности наноматериалов. В том числе и к поверхностям нанотрубок из нитрида бора (BN), которые в концентрациях ниже 100 мг/л могут безопасно использоваться в медицинских целях, - сказала соавтор исследования к.т.н. Кристина Котякова, научный сотрудник научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» Университета МИСИС.

Эксперименты показали, что мезопористый гексагональный нитрид бора (h-BN) является многообещающей системой доставки лекарств с рН-чувствительным высвобождением терапевтических агентов для воздействия на раковые опухоли и их разрушения. Подробно результаты исследования описаны в научном журнале International Journal of Molecular Sciences (Q1).

Для доставки лекарств в организм необходимо обеспечить эффективное взаимодействие между активными компонентами и их носителями. Одним из технических решений является использование наночастиц нитрида бора в качестве носителя для витамина В2. Однако, наличие вакантных дефектов азота в решетке нитрида бора может оказать влияние на структурную и функциональную целостность комплекса. Именно такая нестабильность может вызвать нежелательную зарядку рибофлавина, что негативно скажется на эффективности лекарства. Чтобы избежать этих негативных последствий, необходимо контролировать структурную целостность нитрида бора, а также понимать как происходит связывание между ним и витамином В2. Только так можно обеспечить эффективное взаимодействие и доставку лекарств в организм, - подчеркнула автор исследования к. ф.-м. н. Любовь Антипина, старший научный сотрудник лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.

С помощью вычислений на суперкомпьютере, предоставленном лабораторией «Моделирования и разработки новых материалов» НИТУ МИСИС и Объединенным суперкомпьютерным центром РАН, учёным удалось установить, что наиболее прочная связь и стабильная конфигурация молекулы рибофлавина достигается при параллельном выравнивании с поверхностью гексагонального нитрида бора с вакансиями азота. Исследования параметров структур и устойчивости конструкций финансировались Российским научным фондом (№ 21-79-10411).

В России создан безопасный катализатор на основе биметаллических наночастиц для производства лекарств и витаминов

Ученые из Университета МИСИС и ИОХ РАН создали тип катализаторов, который не содержит опасных или токсичных компонентов и может быть получен простыми методами, подходящими для масштабного производства. Процесс производства лекарств, витаминов, биологически активных добавок и ароматизаторов, в котором будет задействован такой катализатор, станет более безопасным, сообщили 5 октября 2023 года Zdrav.Expert представители МИСИС. Подробнее здесь.

Российские ученые представили универсальный дешевый метод синтеза наночастиц для биомедицины

Российские ученые впервые представили упрощенный и легко воспроизводимый метод синтеза удлиненных наночастиц для различных биомедицинских применений: контрастного вещества для визуализации опухолевых очагов методом МРТ или в качестве самостоятельных терапевтических агентов. При этом технология не требует использования дорогостоящих поверхностно-активных веществ и токсичных материалов. Об этом Zdrav.Expert сообщили представители Университета МИСИС 17 августа 2023 года. Подробнее здесь.

Российские ученые предложили технологию получения наночастиц для лечения рака

Ученые Университета науки и технологий МИСИС предложили технологию получения наночастиц для магнитной гипертермии — перспективного метода лечения онкологических заболеваний, с управляемыми в широком диапазоне магнитными свойствами. Как поделились с Zdrav.Expert представители университета 9 августа 2023 года, представленный метод позволит создавать вещества со специально подобранными свойствами для терапии различных форм опухолей. Подробнее здесь.

Российские ученые впервые в мире получили чистейшие наночастицы для борьбы с раком

Ученые НИТУ МИСИС, НИЯУ МИФИ и ИЗМИ РАН впервые в мире получили чистейшие наночастицы для прогрессивного метода лечения онкологических заболеваний – магнитной гипертермии. Об этом Zdrav.Expert 31 июля 2023 года сообщили представители Университета науки и технологий МИСИС. Подробнее здесь.

Российские ученые нашли эффективную комбинацию наночастиц против раковых клеток молочной железы

Ученые Университета МИСИС и РНИМУ им. Н. И. Пирогова создали комбинацию магнитных наночастиц оксида железа (III) (МНЧ) с редокс-чувствительными веществами (от англ. redox — REDuction-OXidation, т.е. чувствительными к клеточным окислительно-восстановительным процессам), которая может стать перспективной основой для многофункционального наноматериала для лечения онкологических заболеваний. Воздействие может быть особенно эффективным при лечении раковых клеток, чувствительных к ферроптозу, например 4T1 клеточной линии рака молочной железы. Этот эффект впервые в мире описан в международном научном журнале Pharmaceutics (Q1). Об этом 11 июля 2023 года сообщили представители НИТУ МИСиС.

Российские ученые нашли эффективную комбинацию наночастиц против раковых клеток молочной железы

Как сообщалось, ферроптоз – это специфический вид запрограммированной гибели клеток в ответ на окислительный стресс, вызванный воздействием ионов железа (III). Этот процесс перспективен для противоопухолевой терапии, поскольку может запускаться избирательно в раковых клетках-мишенях, благодаря тому, что наноматериалы на основе оксида железа могут существенно влиять на окислительно-восстановительную среду клетки.

Магнитные наночастицы и редокс-чувствительные материалы уже применяются в лечении раковых опухолей по отдельности, однако их синергический эффект еще не был описан. Мы нанесли на поверхность магнитных наночастиц редокс-чувствительный слой из дисульфидных соединений и полиэтиленгликоля. Затем ввели в клетки, где наночастицы теряют свою оболочку, что приводит к относительно быстрому растворению магнитного ядра и повышению цитотоксичности наночастиц. Двойной эффект Fe (III) и дисульфидов может синергически усиливать окислительный стресс раковых клеток и вызывать их гибель по пути ферроптоза. поведал Александр Савченко, соавтор исследования, к.ф.-м.н., заведующий кафедрой физического материаловедения НИТУ МИСИС

Центр Биомедицинской инженерии

Стимул-чувствительные системы доставки с быстрым и эффективным высвобождением лекарственных средств в опухолевых клетках представляют наибольший интерес в биомедицине. Эти системы демонстрируют химическую стабильность в кровотоке, а также быструю реакцию на изменения внутриклеточных условий, тем самым индуцируя высвобождение лечебного средства в цитозоле и ядре клетки, где и проявляют свое терапевтическое действие. Они обычно реагируют на специфические внутренние раздражители, такие как ферменты, уровень рН и окислительно-восстановительный потенциал. Восстановительный потенциал в клетках объясняется главным образом широко распространенным в них глутатионом. Известно, например, что внутриклеточная концентрация глутатиона составляет приблизительно 2-10 мкМ, особенно в определенных органеллах, таких как лизосомы, митохондрии и клеточное ядро, в то время как его уровень во внеклеточной среде (кровь и внеклеточный матрикс) в тысячу раз ниже (приблизительно 2-20 мкм). Кроме того, концентрация глутатиона в опухолевых тканях может быть более чем в 4 раза выше, чем в нормальных тканях, и достигать концентраций порядка 100 мм.

Это существенное различие в свойствах между внеклеточной и внутриклеточной средами, а также между опухолями и нормальными тканями дает преимущество материалам, чувствительным к окислительно-восстановительным потенциалам, поскольку они будут стабильны во внеклеточной среде, но быстро и эффективно высвободят лекарственное средство внутри клетки, что является предпосылкой для создания широкого класса разнообразных средств доставки с оптимальной селективностью и эффективностью в противоопухолевой терапии. рассказал Артём Илясов, соавтор исследования, инженер НОЦ «Биомедицинской инженерии» НИТУ МИСИС

Раствор наночастиц

Чувствительность к окислительно-восстановительному потенциалу – это ключевой фактор, влияющий на скорость внедрения и растворения МНЧ с высвобождением ионов железа внутри раковых клеток.

Мы экспериментально доказали, что снижение жизнеспособности клеток 4T1 было вызвано синергическим эффектом дисульфидных связей полимерной оболочки редокс-чувствительных наночастиц и высокой окислительной способности оксида железа магнитного ядра. Они оба вызывают истощение запасов глутатиона в раковых клетках, что приводит к их гибели, предположительно по пути ферроптоза. отметил Тимур Низамов, автор исследования, младший научный сотрудник лаборатории «Многофункциональные магнитные наноматериалы» НИТУ МИСИС

По словам Тимура Низамова, магнитные наночастицы могли бы существенно расширить область применения редокс-чувствительных наноматериалов в МРТ-диагностике, магнитной гипертермии и других областях биомедицины, благодаря их способности дистанционно управляться с помощью внешнего магнитного поля.Дмитрий Бородачев, DатаРу Облако: Наше преимущество — мультивендорная модель предоставления облачных услуг

Представленное исследование было профинансировано РФФИ (проект № 20-03-00967) и грантом НИТУ МИСИС, выигранным по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».

Российские ученые обнаружили необычные антибактериальные свойства наночастиц трисульфид титана

Ученые Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина и Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» синтезировали экспериментальные образцы нанолент трисульфида титана и исследовали их антибактериальные свойства на кишечной палочке. По мнению ученых, результаты исследований позволят в будущем разработать новые препараты и материалы с антибактериальными свойствами для широкого применения. Такой информацией со Zdrav.Expert 4 июля 2023 года поделились представители МИСИС. Подробнее здесь.

2022

Ученые предложили метод ранней диагностики гипертонии с применением раствора наночастиц серебра

Российские ученые предложили методологию диагностики гипертонии на ранних стадиях. Она основана на применении серебряных наноструктур, которые позволяют повысить чувствительность исследования с помощью поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии. Предложенный метод позволяет обнаружить ранние гипертонические изменения в клетках крови и вовремя начать лечение. Исследование опубликовано в журнале Biosensors. Об этом сообщил НИТУ «МИСиС» 15 июля 2022 года. Подробнее здесь.

Ученые создали материал из тропических растений для терапии рака

17 февраля 2022 года стало известно о том, что ученые НИТУ "МИСиС" в составе международного коллектива синтезировали материал с антибактериальными и противораковыми свойствами. По мнению авторов, он имеет перспективы для применения в биомедицине. Исследование опубликовано в журнале Materials Chemistry and Physics.

Ученые создали материал из тропических растений для терапии рака

Как сообщалось, оксид цинка - на февраль 2022 года один из основных неорганических соединений, используемых в области науки и техники. Он используется в усилении оптической и физико-химической активности, в наносенсорах, катализаторах и поглотителях УФ-излучения. Материал также показал активность в отношении разложения загрязнителей окружающей среды. Из-за широкого спектра активности в отношении различных инфекционных микроорганизмов они считаются эффективным антибактериальным средством.

Ученые протестировали активность материала против различных болезнетворных бактерий, например, грамположительных бактерий стафилококка. Они также изучили противораковую активность синтезированных наностержней с помощью колориметрических тестов для оценки метаболической активности клеток.

Для создания материала авторы работы использовали фитохимические соединения, полученные из экстракта листьев манилкары (Manilkara littoralis) – растения семейства Сапотовые (Sapotaceae), распространенного в тропических лесах. Манилкара представляет собой крупные вечнозелёные или листопадные деревья с млечным соком, иногда кустарники, всего их около 70 видов.

Большинство методов, используемых для синтеза подобных наноматериалов, дороги в применении или предполагают использование токсичных материалов, которые негативно воздействуют на человека и окружающую среду. рассказал Евгений Колесников, инженер кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ "МИСиС"

Для подготовки экстракта, ученые собрали молодые листья M. littoralis в тропических лесах Андаманских и Никобарских островов Индии. Затем листья промывали, сушили, измельчали и готовили экстракт при температуре 80°С.

Евгений Колесников

Мы использовали этот экстракт в качестве стабилизатора при синтезе наностержней оксида цинка, где выступал как окислительно/восстановительный агент при разложении ацетата. В результате, нам удалось разработать альтернативный способ получения противораковых и антибактериальных препаратов. отметил Евгений Колесников

По его словам, в будущем ученые НИТУ "МИСиС" планируют развивать "зеленый" метод синтеза наноматериалов для биомедицинского применения и расширять список получаемых материалов с точки зрения состава, структуры и морфологии.

Технологии синтеза позволят оптимизировать применимость синтезируемых материалов при этом сохраняя их безопасность для человека и окружающей среды.

Создана платформа DiZyme для предсказания каталитической активности искусственных ферментов

21 января 2022 года Университет ИТМО сообщил, что его ученые создали платформу для предсказания каталитической активности нанозимов - искусственных ферментов. По информации компании, за пару секунд алгоритм определяет все основные параметры протекания реакции и подсказывает оптимальные условия для ее проведения. В перспективе ресурс поможет в разработке новых лекарств и диагностических систем. Подробнее здесь.

2021

Разработан метод нанесения антибактериального покрытия на имплантаты с помощью наночастиц серебра

Придать антибактериальный эффект титановому сплаву, который становится одним из ключевых материалов хирургии, смогли специалисты Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») совместно с другими российскими учеными. Об этом 17 ноября 2021 года Zdrav.Expert сообщил университет. Подробнее здесь.

Метод для анализа механизма действия нанопрепаратов

Российские ученые предложили метод оценки параметров диффузионного движения наночастиц в цитоплазме живых клеток. Исследователи отмечают, что понимание особенностей протекания этого процесса in vitro и in vivo поможет существенно продвинуться в диагностике и лечении многих заболеваний. Исследование опубликовано в Journal of Physical Chemistry Letters. Об этом 24 августа 2021 года сообщил НИТУ МИСиС.

Высокая концентрация в живых клетках различных макромолекул (белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот), известная также как «макромолекулярное скопление», значительно затрудняет понимание химических и биологических процессов, происходящих в организме человека в наночастицами (наноформулированных препаратами), которые используются в медицине как для диагностики, так и для терапии различных заболеваний. Из-за уменьшения свободного (незанятого) объема клеточного раствора вследствие скопления макромолекул наночастицы теряют способность к нормальному распределению (диффузии) в клеточной среде и ведут себя радикально иначе, чем в пробирке. Это, в свою очередь, влияет на результаты лабораторных исследований (in vitro) в разбавленных растворах, которые могут сильно отличаться от того, что на самом деле происходит в живых клетках (in vivo). Изучение поведения наночастиц, которые вводятся в организм, например, в качестве диагностического агента, в условиях `переполненности` очень важно, так как от этого напрямую зависит качество диагностики.

На август 2021 года популярными методами оценки параметров диффузии частиц являются флуоресцентная корреляционная спектроскопия и динамическое рассеяние света. Оба метода имеют ряд существенных недостатков, влияющих на точность измерений, если речь идет о мультикомпонентных растворах с высокой макромолекулярной скученностью, например, плазме крови человека. Поскольку агрегация наночастиц существенно влияет на их поведение как in vitro, так и in vivo, установление точных параметров их диффузии и гидродинамических показателей необходимо для корректной интерпретации экспериментальных результатов.

Ученые НИТУ «МИСиС», МГУ им. М.В. Ломоносова, НИЦ «Курчатовский институт», физико-технологического института РАН и РХТУ им. Д.И. Менделеева предложили использовать для анализа и оценки параметров диффузии и гидродинамических свойств наночастиц мёссбауэровскую спектроскопию – метод ядерного гамма-резонанса, популярный в физическом материаловедении, геологии и химии. Отличительной чертой мёссбауэровской спектроскопии является ее избирательная чувствительность к изотопу железо-57, которая позволяет точно определить коэффициент диффузии железосодержащих наночастиц различного размера практически в любой среде, независимо от прозрачности и состава раствора, концентрации компонентов или типа «скучковавшихся» макромолекул.

Эта особенность мёссбауэровской микроскопии позволяет проводить точный анализ поведения железосодержащих наночастиц, которые применяются в медицине, в т.ч. для адресной доставки лекарств, проведения диагностики методом магнитно-резонансной томографии (МРТ), а также лечении методом гипертермии.

Для использования в качестве опытных образцов ученые синтезировали наночастицы на основе феррита кобальта с размером, сопоставимым с размером белков крови. При этом при синтезе наночастиц был использован изотоп железо-57.

Одно из важнейших условий для эффективной работы наночастиц-обеспечить возможность их доставки через гистогематические барьеры к очагу заболевания. Хорошо исследованным механизмом является пассивная доставка, которая обеспечивается за счет проникновения наночастиц через поры диаметром 50-200 нм. Очевидно, что наночастицы большего размера не могут эффективно проходить через поры меньшего размера и не будут вероятнее всего рассматриваться в качестве потенциальных лекарственных препаратов. В нашей работе мы смогли показать, что традиционные методы, такие как метод динамического рассеяния света, могут «завышать» значения размера наночастиц, что приводит к неверной трактовке получаемых данных и возможной ложной отбраковке перспективных наночастиц, – поясняет автор исследования, инженер лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» Алексей Никитин.

Применение данного метода позволяет точно определять параметры диффузии металлосодержащих наночастиц в многокомпонентной среде, и позволит значительно продвинуться в разработке эффективных методов диагностики и лечения многих заболеваний, уверены авторы исследования.

Управляемые светом наночастицы помогут в создании биосенсоров

Ученые Университета ИТМО научились создавать биоинтегрируемые наночастицы, которыми можно управлять с помощью нагревания. Об этом Университет сообщил 11 мая 2021 года. При облучении светом они меняют не только свою форму, но и цвет. Открытие поможет в разработке неинвазивных биосенсоров, сигнальных систем, а также нетоксичных красителей.

По словам авторов проекта, концепт управляемых наноматериалов решен уже давно. Однако существующие системы достаточно токсичны для живых организмов, что ограничивает область их применения в медицине и биологии. Ученым ИТМО же удалось создать полностью биосовместимый материал, при этом свойствами которого можно управлять.

Полученные наночастицы представляют собой комплекс из кремниевого ядра и биополимерной оболочки. Входящие в состав оболочки вещества обладают разными показателями гидрофобности и гидрофильности — разной интенсивностью взаимодействия молекулы с водой. Благодаря этому удалось добиться эффекта расширения и сжатия конечной частички в зависимости от воздействующих на них факторов, - объясняет сотрудник научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Анна Никитина.

При термическом воздействии созданные наночастицы изменяют не только размер, но и цвет. Их можно использовать, например, для неинвазивного измерения локальной температуры в биологических тканях или для создания сенсорных систем, позволяющих анализировать внутренние процессы в организме. Также на основе данных управляемых систем можно создавать термо- и светоуправляемые красители — по типу жидкокристаллических модуляторов, применяемых в голографии или литографии. Изменение цвета частиц происходит исключительно за счет структурных преобразований.

Наши управляемые частицы смогут собирать информацию изнутри организма без привлечения дополнительных сложных устройств вроде сверхчувствительных спектральных сенсоров. Простое изменение цвета позволяет легко анализировать, что происходит с частичкой в режиме реального времени. При этом комплекс еще и многоразовый: частичка способна включаться и выключаться несколько раз, - рассказывает сотрудник физического факультета ИТМО Валентин Миличко.

Разработкой управляемых систем ученые занимаются три года. Они варьировали размеры и пространственные характеристики наночастиц, а также искали именно те полимеры, которые будут работать в данных ансамблях заданным образом. Пока что эффективность систем подтверждена только в лабораторных условиях. Теперь предстоит проверить все на этапе in vitro.

Гибрид наночастицы и антитела поможет обнаружить раковые клетки

18 марта 2021 года НИТУ МИСиС сообщил Zdrav.Expert о том, что его ученым удалось синтезировать «Биомикроботы», способные находить и помечать различные макромолекулы в живых тканях организма. Они состоят из магнитных наночастиц и прикрепленных к ним антител и в будущем смогут визуализировать распределение белков в клетках.

Гибрид наночастицы и антитела поможет обнаружить раковые клетки

В биомедицине наночастицы являются одним из самых перспективных и востребованных инструментов. В частности, магнитные наночастицы используются для адресной доставки лекарств, лечении с помощью гипертермией, магнитно-резонансной томографии (МРТ) в качестве контрастных агентов и для механических манипуляций в магнитном поле.

Одним из важных этапов онкотерапии является точное диагностирование и визуализация патологических клеток организма, которые способны значительное время себя не обнаруживать и затягивать развитие заболевания в поздние стадии. Для решения этой задачи «проблемные» клетки необходимо точечно находить и помечать особыми маркерами.

Сотрудники НИТУ «МИСиС» и РНИМУ им. Пирогова продемонстрировали, что магнитные наночастицы могут использоваться в виде микроботов, находящих и связывающихся склетками. Для этого наночастицы нужно особым образом соединить с антителами.

Магнитные наночастицы могут «работать» в живом организме не сами по себе, а за счет органических оболочек, которые защищают их от окисления и деградации в агрессивных средах, а также повышают гидрофильность поверхности и снижают цитотоксичность, рассказала автор работы, аспирант лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Анна Иванова.

Кроме того, если на стабилизированное покрытие наночастицы «прикрепить» определенные маркеры, такие как белки, ферменты и антитела, они могут нацеливать наночастицы в кровяном русле на специфические «мишени». Например, будут прикрепляться к белкам на поверхности клеток».

Чтобы создать такой «микробот», ученые сначала синтезировали с помощью термического разложения наночастицы оксида железа однородной формы и размером 40-50 нанометров. Затем, для того, чтобы материал мог функционировать в водных растворах, его модифицировали молекулами DOPAC. Это вещество 3,4-дигидроксигидрокоричная кислота, которое является производным нейромедиатора дофамина и может синтезироваться в самом организме.

Следующим этапом стала оптимизация поверхности частиц для работы в физиологических средах, это разработчики сделали с помощью полиэтиленгликоля. На заключительной стадии синтеза к наночастицам присоединили видоспецифические антитела с флуоресцентным красителем.

Наши опыты показали, что полученные наночастицы с антителами специфически связываются с первичными антителами против белка α-тубулина и это визуализируется в цитоплазме в виде характерных волокон; и против β-катенина, который располагается на мембранах клетки и участвует в образовании межклеточных контактов, добавил соавтор исследования, сотрудник «Биомедицинские наноматериалы» Алексей Никитин.

Таким образом, исследователи показали, что разработали работающую модель, на которую можно «пришивать» различные антитела. На март 2021 года научный коллектив продолжает работу над оптимизацией полученного соединения.

2020

Ученые «МИСиС» использовали индийское растение для борьбы с раком легких

8 декабря 2020 года стало известно о том, что наностержни оксида цинка, подавляющие рост раковых клеток, смогли получить ученые НИТУ «МИСиС» в составе международной группы исследователей. По словам экспертов, созданные наностержни получены без участия токсичных веществ с помощью экстракта из листьев тропического растения. Результаты исследования опубликованы в журнале JOM.

Ученые НИТУ «МИСиС» использовали индийское растение для борьбы с раком легких

Как пояснялось, ученым удалось получить наностержни для лечения рака легких из ацетата цинка, не используя токсичные вещества, с помощью экстракта из листьев растения Cyrtrandroemia nicobarica, растущего во влажных тропических лесах Андаманских и Никобарских островов в Индии.

Специалисты отмечают, что на декабрь 2020 года наностержни оксида цинка (ZnO NR) активно используют в лечении различных заболеваний: с их помощью можно ввести лекарства в больные органы человека и получить изображение пораженных участков организма. Они обладают антибактериальным действием и особенно эффективно подавляют рост раковых клеток, повреждая их клеточную мембрану.

На декабрь 2020 года для получения ZnO NR, по словам ученых, используют трудоемкие методы и дорогостоящее оборудование. Кроме того, в процессе создания участвуют токсичные химические вещества. Поэтому в последнее время активно развивается альтернативное направление «зеленого синтеза» с использованием растений, грибков и бактерий.

Мы провели лабораторные испытания и подтвердили нетоксичность образцов. После этого специальные анализы показали подавляющую активность наностержней против раковых клеток в легких человека: они вызывают окислительный стресс, повреждающий ДНК и ведущий к апоптозу – гибели раковых клеток. объяснил Михаил Горшенков, доцент кафедры физического материаловедения НИТУ "МИСиС"

По его словам, растение Cyrtrandroemia nicobarica принадлежит к семейству Gesneriaceae и впервые было обнаружено на Андаманских и Никобарских островах. Его медицинское применение до сих пор не было известно. Однако, как рассказывают исследователи, никобарцы и другие местные племена используют растение для лечения укусов скорпиона, кожной аллергии и заживления ран.

Для создания нетоксичных наностержней экстракт листьев Cyrtrandroemia nicobarica смешали с ацетатом цинка. Полученный раствор выдерживали в магнитной мешалке в течение двух часов, а после дали ему отстояться до выпадения прозрачного белого осадка. Осажденный раствор центрифугировали при 6 000 оборотах в минуту для получения суспензии, образец которой разбавляли деионизированной водой. Суспензию сушили при 80 ° C, чтобы получить порошок чистого ZnO NR.

ZnO

По мнению экспертов, исследование подтвердило, что целевое лечение рака легких на основе нанотехнологий возможно с использованием нетоксичных наностержней ZnO, образованных на основе выбранного растительного экстракта.

Исследование подтвердило, что целевое лечение рака легких на основе нанотехнологий возможно с использованием нетоксичных наностержней ZnO

В исследовании принимали участие специалисты Колледжа искусств и наук К. С. Рангасами (Тамилнад, Индия) и Сеульского национального университета науки и технологии (Республика Корея). На декабрь 2020 года коллектив продолжает доклинические исследования полученного материала.

Уровень pH раковой клетки стал основой системы адресной доставки лекарств в онкотерапии

26 ноября 2020 года стало известно о том, что научный коллектив НИТУ «МИСиС», СибГМУ и РНИМУ им. Н.И.Пирогова обнаружил, что эффективность проникновения магнитных наночастиц с лекарством в опухоль зависит от уровня pH ее микроокружения (тканей). Результаты исследования помогут создать онкотерапевтическое средство «точного попадания» и опубликованы в международном научном журнале Nanomedicine.

Уровень pH раковой клетки стал основой системы адресной доставки лекарств в онкотерапии

Как пояснялось, магнитные наночастицы оксида железа уже довольно давно используются учеными как платформа для адресной доставки лекарств по причине их большой площади поверхности и диапазона наноразмеров. Их можно визуализировать in vivo (в живом организме) с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и обеспечить контролируемое высвобождение лекарства в нужном месте тела за счет переменного магнитного поля.

Тем не менее, на ноябрь 2020 года очень сложно осуществить выборочное накопление таких магнитных наночастиц в опухоли после их введения. Чтобы управлять потоком неживых частиц более точно, ученые снабжают их различными «присадками» биологической природы - биополимерными оболочками, частями молекул, пептидами и тд. По словам Максима Абакумова, заведующего лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», современные системы доставки лекарств основаны на использовании наночастиц, которые «умеют» реагировать на микроокружение опухоли. Это так называемые биологически чувствительные наночастицы.

Они обычно покрыты биополимерами и соединены с молекулами, которые могут вызывать некоторый ответ тканей или клеток организма (например, связывание с опухолевыми клетками или высвобождение лекарства) только в условиях, характерных, специфичных для опухоли. Это могут быть гипоксия или кислотный pH. Таким образом, работа лекарства точно локализуется именно в опухоли.

Научный коллектив НИТУ «МИСиС», СибГМУ и РНИМУ ми. Н.И.Пирогова обнаружил, что эффективность проникновения магнитных наночастиц с лекарством в опухоль зависит от уровня pH ее микроокружения (тканей)

Коллектив ученых из НИТУ «МИСиС», СибГМу, РНИМУ им. Н.И. Пирогова провел всестороннее исследование pH-управляемой доставки магнитных наночастиц, модифицированных pHLIP (короткий пептид, белковое соединение из аминокислот), обеспечивающий повышенный захват вещества в клетках только при пониженных значениях рН. Эксперименты прошли in vitro и in vivo (на мышиной модели рака груди). Для измерения pH опухоли in vivo была использован метод измерения pH с помощью нанозонда. Он применялся для оценки влияния степени кислотности опухоли на накопление магнитных наночастиц в опухоли.

Наш эксперимент in vivo показал, что магнитные наночастицы, соединенные с pHLIP, удерживаются примерно в 3 раза лучше в опухолевой ткани в сравнение с обычными наночастицами. Таким образом, мы можем сделать вывод, что препарат может выделяться из кровеносного сосуда, достигать зоны опухоли с кислым внеклеточным pH и связываться со злокачественными клетками, что подтверждается гистологическим анализом. Примечательно, что хотя такой нано-препарат попадает внутрь опухоли, неоднородность уровня pH в опухоли влияет на доставку, а именно на удерживание и накопление в ткани опухоли. рассказал Максим Абакумов, соавтор исследования, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», к.х.н

По словам разработчика, эффективность поглощения достигается при слабокислом pH, который характерен для опухолевого микроокружения. На ноябрь 2020 года коллектив продолжает доклинические исследования полученной системы доставки лекарств.

Гибрид с гумином: метод синтеза наночастиц, потенциально полезных для терапии рака

7 сентября 2020 года стало известно о том, что ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН и Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН создали гибридную структуру из магнитных наночастиц и гуминовых молекул. Предложенный гибрид биосовместим, его производство не требует больших затрат, и в перспективе его можно будет применять для магнитной диагностики и высокотемпературной терапии онкозаболеваний. Статья о разработке опубликована в Nanomaterials.

Гибрид с гумином: метод синтеза наночастиц, потенциально полезных для терапии рака

Как пояснялось, на сентябрь 2020 года один из самых эффективных способов выявления онкозаболеваний на ранней стадии – магнитно-резонансная томография (МРТ). Для повышения точности в организм может вводиться специальный контрастный магнитный агент, чтобы дополнительно «подсветить» злокачественные образования. Этот же самый агент можно использовать для последующей терапии – под воздействием высоких температур частицы будут нагреваться и разрушать раковые клетки.

Ученые «МИСиС» создали гибридную структуру из магнитных наночастиц и гуминовых молекул

Коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН и Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН предложил гибрид магнитной наночастицы – магнетита (Fe3O4) – и гуминовых молекул. Сам по себе оксид железа обладает токсичностью в отношении организма человека, поэтому его необходимо стабилизировать особой биосовместимой оболочкой. Гуминовые субстанции, образующиеся в процессе разложения органических веществ, представляют собой высокомолекулярные соединения, отличающиеся повышенной биосовместимостью.

Так, в работе было продемонстрировано позитивное влияние использования гумат-анионов в качестве стабилизаторов поверхности наночастиц. Кроме того, ученые показали, что использование нетрадиционного микроволнового подхода к нагреву реакционной смеси улучшает морфологические свойства наночастиц магнетита. Важной особенностью данной работы является так называемый «однореакторный подход», в результате которого значительно сокращается время синтетических процедур и в целом упрощается методология синтеза биосовместимых магнитных наночастиц.

В данной работе было показано, что при использовании микроволнового нагрева реакционной смеси наночастицы отличаются большей монодисперсностью. Также мы установили, что протокол введения стабилизатора существенно меняет свойства нанопорошков. Полученные образцы отличаются парамагнитными свойствами с намагниченностью насыщения, характерной для объемных наночастиц большего размера. Они очень стабильны в модельных растворах для внитривенного вливания, что делает их хорошими кандидатами для биомедицинских приложений in vivo, например, для доставки лекарств, гипертермии и т.д. прокомментировал Егор Костюхин, ведущий инженер Лаборатории нанохимии и экологии

По словам коллектива, полученные результаты полезны для ученых-материаловедов, которые ищут подходящую стратегию и условия синтеза гидрофильных магнитных наночастиц с заданными физическими свойствами.

Магнитно-золотой наногибрид поможет в борьбе с раком

27 июля 2020 года стало известно, что коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из России и Германии представил подробное исследование наночастиц-гибридов из магнетита и золота. В перспективе такие наночастицы могут помочь в тераностике – диагностике и последующей терапии онкозаболеваний.

Магнитно-резонансная томография – один из самых эффективных способов выявления онкозаболеваний на ранних стадиях. Для повышения ее точности в организм пациента может вводиться специальный контрастный агент с магнитными свойствами – при особом подборе параметров агент будет «подсвечивать» злокачественные клетки, – говорит Максим Абакумов, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», – Однако, кроме диагностики, магнитные материалы перспективны для использования при терапии онкозаболеваний. Под точечным воздействием высоких температур магнитные наночастицы могут нагреваться и разрушать оболочку раковых клеток.

Коллектив Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» уже несколько лет занимается разработкой магнитных наночастиц для тераностики (комбинации диагностики и терапии) на основе магнетита (Fe3O4). Недавно завершился очередной этап фундаментальных исследований – совместно с коллегами из МГУ им. Ломоносова, РХТУ им. Менделеева, Российского национального исследовательского медицинского университета и Университета Дуйсбург-Эссен (Германия) ученые изучили процесс формирования гибридных наночастиц магнетит-золото. Известно, что этот драгоценный металл хорошо воспринимается организмом; его роль – обеспечить биосовместимость димера (сложной структуры).

Ученые рассмотрели зарождение, рост и огранку магнетит-золотых наногибридов, взяв жидкие пробы из реакционной смеси в процессе синтеза. Для этого использовался рентгенофазовый анализ, просвечивающая электронная микроскопия, вибромагнетометрия.

Мы наблюдали два последовательных процесса во время образования магнетита. Во-первых, рост сферических наночастиц магнетита на первичных зародышах золота при температуре до 220 °С. Во-вторых, происходит постепенная огранка наночастиц оксида железа до восьмигранников на стадии кипения от 240 до 280 °С при постоянном объеме наночастиц, – комментирует участник исследования, доцент Университета Дуйсбург Эссен, Ульф Видвальд.

Это наиболее подробный анализ свойств получения димерных наночастиц с магнетитом из всех, когда-либо проводимых. Ученые отмечают, что полученные ими данные позволяют контролировать размер и форму наночастиц благодаря возможности управлять параметрами химической реакции. В перспективе это поможет масштабировать процесс производства тераностических наночастиц до серийного.

Форма наночастиц оксида железа влияет на их токсичность для печени

Как стало известно интернет-изданию Zdrav.Expert 25 июня 2020 года, ученые НИТУ «МИСиС», Балтийского федерального университета, РХТУ им. Менделеева и Чешской академии наук выяснили, что часто применяемые в биомедицине наночастицы оксида железа определенного размера и формы вызывают аутофагию и гибель клеток печени за счет разрушения мембран лизосом. Такие наночастицы в целом могут быть высокотоксичны для людей с заболеваниями печени. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале NanoConvergence.

Наночастицы оксида железа определенного размера и формы вызывают гибель клеток печени

Наночастицы оксида железа все чаще используются для адресной доставки лекарств при лечении онкологических заболеваний и в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии при обследовании и визуализации заболеваний печени.

Первоначальные исследования цитотоксичности (вреда для клеток организма) таких наночастиц показывали, что они обладают высокой биосовместимостью и хорошо переносятся организмом. В результате, наночастицы оксида железа были одобрены для медицинского использования. Однако со временем в клинической практике появлялось все больше свидетельств отоксичности таких наночастиц. Их взаимодействие с различными видами клеток, в частности, гепатоцитами (клетками печени) остается малоизученным, значит, препараты на основе наночастиц могут быть опасными для здоровья пациентов.

Ученые международного научного коллектива из России и Чехии изучили влияние высоких концентраций кубических наночастиц оксида железа и их скоплений на клетки печени человека, поскольку именно такая форма частиц показывает превосходные результаты при МРТ-исследованиях. Исследователи экспериментально обнаружили, что жизнеспособность гепатоцитов, действительно, снижалась в зависимости от увеличения концентрации наночастиц-кубов в органе.

При использовании кубических наночастиц оксида железа необходимо соблюдать дозировку препаратов на их основе

«В данной работе мы демонстрируем, что воздействие нано-кубов и их кластеров приводит к цитотоксичности в различных опухолевых клеточных линиях печени. Механизм токсического эффекта связан с прогрессирующей проницаемостью мембран лизосом в гепатоцитах, что провоцирует процессы апоптоза и аутофагии – клеточной гибели», – рассказал один из соавторов исследования, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Максим Абакумов.

Как подчеркивают авторы исследования, гепатотоксичность – негативное воздействие веществ на клетки печени – является одной из наиболее распространенных причин изъятия лекарств с рынка, на которые приходится ~ 30% таких случаев. Ранее разработчики показали, что можно избежать захвата наночастиц клетками печени с помощью использования особых образований – нано-кластеров. Таким образом, при использовании кубических наночастиц оксида железа в медицинских целях необходимо точно соблюдать дозировку препаратов на их основе.

Найден способ получения биосовместимых золотых наночастиц для диагностики и терапии рака

26 мая 2020 года интернет-изданию Zdrav.Expert стало известно о том, что международная группа исследователей НИТУ «МИСиС» и Университета Клемсона (Clemson University, Клемсон, США) предложила собственный способ получения наночастиц золота, основанный на синтезе под воздействием ультрафиолета. Способ исключает использование агрессивных химических агентов, полученные наночастицы безопасны для организма и могут применяться для диагностики и терапии онкологических заболеваний. Результаты опубликованы в международном научном журнале Biomaterials Science. Подробнее здесь.

Смотрите также

• Нановолокна в медицине
• Нано-пленки нитрида бора

• Нанопружины
• Нанорешетки
• Нанотрубки

• Магнитная гипертермия

Новые технологии в здравоохранении

Примечания