Нанопузырьки уничтожают раковые клетки

Ученые из университета Райса применили плазмонные нанопузырьки в живых организмах, чтобы выявить и устранить клетки рака.

Физик Дмитрий Лапотко показал, что плазмонные нанопузырьки, объединенные вокруг золотых наночастиц с лазерной пульсацией, могут обнаружить и разрушить раковые клетки в естественных условиях, создавая крошечные блестящие пузырьки пара, которые обнаруживают клетки и выборочно взрывают их.

Статья в издании Biomaterials детализирует эффект плазмонных нанопузырьков на примере рыбки под названием полосатый данио, которой вживили клетки человеческого рака простаты, продемонстрировав управляемое удаление раковых клеток в живом организме без малейшего вреда для этого организма.

Лапотко с коллегами разработали концепцию клеточной тераностики, чтобы объединить три важных стадии лечения — диагноз, лечение и подтверждение терапевтического действия — в одну связанную процедуру.

Уникальная приспособляемость плазмонных нанопузырьков делает эту процедуру жизнеспособной. Животная модель — полосатый данио — практически прозрачна, что делает ее идеальной для исследований in vivo.

Национальные институты здравоохранения признали потенциал технологии Лапотко и профинансировали дальнейшие исследования, которые имеют огромный потенциал в тераностике рака и других заболеваний на клеточном уровне. Совместная американо-белорусская лаборатория Лапотко Plasmonic Nanobubble Lab для фундаментальной и биомедицинской нанофотоники, получила грант в размере более чем 1 млн долларов на следующие 4 года на дальнейшее развитие технологии.

В более раннем исследовании в домашней лаборатории Лапотко в Национальной академии наук Беларуси плазмонные нанопузырьки продемонстрировали свой тераностический потенциал. В другом исследовании сердечно-сосудистых приложений было снято, как нанопузырьки прокладывают путь сквозь артериальный тромб. Взрыв пузырька оказывается мощнее лазерного импульса, и сама технология легко настраивается. Размеры пузырьков колеблются от 50 нанометров до 10 микрометров.

В ходе исследования на рыбках Лапотко и сотрудники лаборатории направили размеченные антителами золотые наночастицы к внедренным раковым клеткам. Лазерный импульс нагрел поверхность наночастиц, в результате чего испарился некоторый чрезвычайно малый объем среды с образованием крошечных пузырьков пара, которые разрушились за наносекунды. Клетки в результате остались неповрежденными, зато мощного оптического рассеивающего сигнала оказалось достаточно, чтобы выявить одиночную раковую клетку.

Второй более мощный лазерный импульс произвел большие нанопузырьки, которые взорвали целевую клетку, не повредив окружающую ткань в организме рыбки. Наконец, еще один короткий импульс лазера позволил убедиться, что клетка действительно погибла.

Ключевым является то, что процесс по природе механический, сказал Лапотко. Нанопузырьки не производят вредного воздействия на организм, как радио- или химиотерапия.

«Это не целая частица, которая убивает клетку, а всего-навсего кратковременное переходное явление», сказал ученый. «Мы преобразовываем энергию света в механическую».

Полученный грант позволит Лапотко и его сотрудникам исследовать биологические эффект плазмонных нанопузырьков, а затем комбинировать их функции в единую последовательность, которая займет микросекунду для выявления и разрушения раковой клетки, а также для подтверждения результатов.

«С динамической установкой размера нанопузырьков мы настроим их биологическое действие от неинвазивного измерения до локализованной внутриклеточной поставки лекарства для выборочного устранения определенных клеток», сказал Лапотко. «Будучи настраиваемыми по требованию, плазмонные нанопузырьки могут применяться во многих областях медицины».

28.09.2010