Группа исследователей под руководством профессора Эйджиро Мияко из Института передовых технологий в области наук о материалах (JAIST) в Японии разработала многофункциональные нанокомпозиты. Для этого они покрыли поверхности жидкого металла компонентами молочнокислых бактерий и флуоресцентным красителем, излучающим в ближнем инфракрасном диапазоне (индоцианиновый зелёный).
Основные результаты
Статья опубликована в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.
Разработанные нанокомпозиты демонстрируют отличные возможности нацеливания на опухоли благодаря эффекту ЭПР (усиленное проникновение и удержание в опухоли), эффективно накапливаясь в опухолях мышей, которым был трансплантирован колоректальный рак. Облучение с помощью лазера, излучающего свет в ближнем инфракрасном диапазоне, позволило достичь многомерного терапевтического эффекта.
Исследовательская группа успешно добилась полной ликвидации трансплантированного рака у мышей в течение 5 дней, облучая их в течение 5 минут один раз в день в течение двух дней. Комплексные исследования биосовместимости подтвердили высокий профиль безопасности этих нанокомпозитов.
Перспективы
Ожидается, что этот прорыв в исследованиях приведёт к созданию инновационных технологий фотоиммунотерапии рака, которые объединят диагностику и лечение.
Жидкие металлы для биомедицинских применений
Жидкие металлы, состоящие из сплавов галлия и индия (Ga/In), обладают отличной биосовместимостью и физико-химическими свойствами, привлекая внимание всего мира для биомедицинских применений.
Профессор Мияко и его команда начали это исследование, основываясь на концепции, согласно которой «сочетание иммуноактивирующих веществ с жидкими металлами для селективной доставки в места рака может обеспечить мощные противоопухолевые эффекты и объединить диагностику и лечение с помощью света в ближнем инфракрасном диапазоне».
Методы изготовления
Недавние исследования показали, что в тканях опухолей присутствуют уникальные бактериальные сообщества. Команда профессора Мияко ранее успешно выделила различные бактерии из опухолей и разрабатывает технологии лечения рака с использованием этих микроорганизмов.
Исследовательская группа разработала простой метод изготовления сферических наночастиц путём смешивания жидкого металла Ga/In, компонентов молочнокислых бактерий и индоцианинового зелёного с последующей ультразвуковой обработкой.
Эксперименты по оценке
В экспериментах по оценке с использованием мышей с трансплантированным колоректальным раком через 24 часа после введения нанокомпозитов в хвостовую вену облучение светом с длиной волны 740–790 нм показало чёткое флуоресцентное излучение исключительно из мест рака, подтверждая селективное накопление в опухоли благодаря эффекту ЭПР.
Результаты контрольных экспериментов
Результаты показывают, что синергетический эффект от активации иммунной системы компонентами молочнокислых бактерий и фототермической конверсии жидким металлом обеспечивает мощную противоопухолевую активность.
Тестирование цитотоксичности: в клетках колоректального рака мышей (Colon26) и нормальных фибробластах человека (TIG103) жизнеспособность клеток на основе митохондриальной активности не снизилась через 24 часа после введения нанокомпозита, подтверждая отсутствие цитотоксичности.
Исследования биосовместимости: анализы крови (1 неделя) и измерения массы тела (примерно 1 месяц) после внутривенного введения мышам показали минимальные побочные эффекты на живые организмы.
Это исследование демонстрирует, что разработанные нанокомпозиты могут служить основой для технологий диагностики и иммунотерапии рака следующего поколения. Ожидается, что они внесут вклад в создание новых технологических основ для проектирования материалов через междисциплинарную интеграцию нанотехнологий, оптики и иммунологии в различных областях исследований.
В дальнейшем команда планирует расширить применение нанокомпозитов на другие виды рака и провести дополнительные проверки безопасности и эффективности для клинического применения, стремясь к реализации более мягкого и эффективного лечения рака для пациентов.
Предоставлено Институтом передовых технологий в области наук о материалах (JAIST).