Різні види наночастинок можуть бути як засобом онкодіагностики, так і помічниками в винищенні ракових клітин.
При онкологічних захворюваннях важливо вчасно виявити зростаючу пухлину, і не просто виявити, а точно визначити її межі. Для цього потрібна якась речовина, яку можна було б легко побачити «зовні» і яка, потрапивши в організм, зв'язувалася б раковими клітинами.
Останнім часом в якості такого діагностичного засобу все частіше намагаються використовувати наночастинки. Перед органічними сполуками у них є перевага: органічні речовини недовговічні і швидко розщеплюються, наночастинки ж залишаються в організмі довго і їх можна використовувати в різних органах і тканинах. Однак з ними є проблема - наночастинки не завжди безпечні. Наприклад, відомі напівпровідникові наночастинки, звані квантовими точками, мають унікальні люмінесцентні властивості (тобто субстрат, з яким вони зв'язалися, можна виявити за світінням), але вони притому досить токсичні, так що використовувати їх можна тільки при аналізі клітин у пробірці.
Дослідники з Університету інформаційних технологій, механіки та оптики (ІТМО) та Швейцарської вищої технічної школи Цюріха розробили наночастинки, які відрізняються від квантових точок у вигідний бік. Вони складаються з оксиду гафнію з вбудованими в нього іонами рідкоземельних металів, зокрема, європія і тербія: рідкісноземельні елементи відповідають за люмінесценцію, а оксид гафнію відіграє роль прозорої матриці, що підтримує це світіння. Перевага ж їх у тому, що оксид гафнію ніяк не шкодить клітинам.
З іншого боку, рідкоземельні елементи схожі за розміром атомів з гафнієм, так що в кристалічній решітці наночастинок гафній місцями замінили на них. Такі заміни дозволяють змінювати спектр світіння: наприклад, частинки з тербієм дають зелене світло, а з європією - червоне. Частинки з різною світністю можуть бути корисні для вирішення вузьких завдань.
Крім того, наночастинки, завдяки замінам одних атомів на інші, отримують додатковий поверхневий заряд, так що вони не злипаються, а рівномірно розподіляються в біологічних рідинах. (Це означає, наприклад, що вони не будуть закупорювати судини.)
Рідкоземельні елементи самі по собі все-таки токсичні, однак, будучи вбудовані в решітку оксиду гафнію, клітинам вони не шкодять. У статті в Colloids and Surfaces B: Biointerfaces автори пишуть, що такі наночастинки можна використовувати як для візуалізації пухлин, так і для детекції судинних пошкоджень при інфарктах та інсультах. У перспективі ж вони, можливо, стануть в нагоді не тільки для діагностики, а й для лікування: під дією рентгенівських променів гафній і рідкоземельні елементи іонізують навколо себе молекули води, а ті перетворюються на агресивні вільні радикали, здатні вбити ракові клітини.
Інший спосіб «наноборьби» зі злоякісними пухлинами пропонують у своїй статті в Nature Communications дослідники з Массачусетського технологічного інституту. Відомо, що одне із завдань імунітету - винищувати ракові клітини. Для цього в імунної системи є різні засоби, і один з них - особливий білок TRAIL, який сидить на мембрані імунних клітин: коли імунна клітина стосується білком TRAIL ракової клітини, то в раковій запускається апоптоз - програма клітинного самогубства.
Експерименти з лікарськими препаратами на основі TRAIL несподівано показали, що його ефективність залежить від того, які механічні сили діють на ракові клітини: якщо вони знаходяться під дією гідродинамічних сил, які їх тягнуть і розтягують, то чутливість до імунного білка у них підвищується.
Отже, для більшого терапевтичного ефекту потрібно посилити механічний вплив на клітини. Для цього і знадобилися наночастинки. Їх зробили з біорозкладного полімеру PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid)) і покрили іншим полімером, поліетиленгліколем, до якого приєднали антитіла, що зв'язуються зі специфічними білками ракових клітин. Частинки, введені кров, прилипали до метастазних пухлинних клітин, і через те, що клітини перебували в потоці крові, наночастинки багаторазово посилювали гідродинамічні сили, що діють на клітинну мембрану.
У мишей, яким вводили наночастинки, а потім додавали ще ліки з білком TRAIL, кількість метастазних клітин різко зменшувалася, і також зменшувалася кількість нових пухлин. В експериментах використовували частинки розміром від 100 нанометрів до 1 мікрометра, і виявилося, що чим частинки більші, тим вони ефективніші. Також важливо було, щоб їх досить багато сідало на клітинну мембрану. Імовірно, тут вся справа в тому, що наночастинки під дією гідродинамічних сил роблять потрібні рецептори на мембрані ракових більш доступними для імунітету.
За словами авторів роботи, звичайні клітини ніяк не страждали від наночастинок, які, мабуть, досить точно могли відрізняти здорові клітини від хворих. У перспективі їх хочуть випробувати з іншими імуннотерапевтичними засобами, щоб знайти найбільш ефективний метод лікування.