Ученые создали гибридные наночастицы против рака и бактерий
Ученые Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" вместе с коллегами из ФБУН "Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии" и Университета Квинсленда (Брисбен, Австралия) разработали гибридные наноматериалы на основе нитрида бора и серебра, показав их эффективность в терапии онкологических заболеваний, а также в качестве новых катализаторов и антибактериальных агентов. Результаты исследования опубликованы в "Beilstein Journal of Nanotechnology".
Интерес к наноматериалам связан с тем, что при уменьшении размера частицы материала до нанометров (1 нм = 10-9 м) меняется его электронная структура, и проявляются новые физико-химические свойства вещества. Например, магнит при уменьшении размера до десяти нанометров может полностью потерять магнитные свойства.
В настоящее время ученые переходят от изучения отдельных наночастиц (фуллерены, нанотрубки) к исследованиям сочетаний различных материалов на наноуровне. Возникло понятие гибридных наноматериалов, которым присущи свойства составляющих их индивидуальных компонентов.
Благодаря гибридизации можно добиться сочетания ранее несовместимых свойств, например, получить одновременно твердый и пластичный материал. Кроме того, ученые заметили, что зачастую комбинации наноматериалов проявляют улучшенные или даже новые свойства по сравнению с исходными. В настоящее время область науки, связанная с наногибридами, только начинает развиваться.
Ученые НИТУ "МИСиС" активно изучают свойства гибридных наноматериалов на основе наночастиц нитрид бора (BN). Нитрид бора был выбран в качестве основы новых гибридных наночастиц, потому что он химически инертный, биосовместимый и имеет низкую удельную плотность.
Гибридные наноматериалы на основе нитрида бора используют в качестве перспективных ключевых компонентов современных биоматериалов, катализаторов и сенсоров нового поколения. Такие гибриды обладают выгодной комбинацией свойств: биосовместимостью, высокой прочностью и теплопроводностью, химической стабильностью и высокой электрической изоляцией. Это объясняет их эффективность в создании новых биомедицинских препаратов, упрочнении легких металлов и полимеров, производстве прозрачных супергидрофобных пленок, а также квантовых устройств.
"Мы изучили свойства наногибридов на основе наночастиц нитрида бора и серебра (BN/Ag) и обнаружили высокий потенциал их использования. Особенно нас интересовало применение в лечении онкологических заболеваний, а также свойственная этим веществам каталитическая и антибактериальная активность", - рассказывает один из авторов исследования, старший научный сотрудник лаборатории "Неорганические наноматериалы" НИТУ "МИСиС" Андрей Матвеев.
По словам ученого, такие наногибриды могут быть использованы в онкологии как основа для препаратов адресной доставки лекарств к опухоли. Пропитанные лекарством наногибриды превращаются в "контейнеры", которые надо доставить внутрь раковых клеток. Для этого наногибриды химически модифицируют "пришивкой" к их поверхности фолиевой кислоты (витамин В9) через наночастицу серебра.
Поскольку в раковых клетках находится патологически увеличенное количество рецепторов фолиевой кислоты, модифицированные фолиевой кислотой наногибриды накапливаются преимущественно в таких тканях. В итоге их концентрация там становится в тысячу раз больше, чем в здоровых. При этом внутри опухолевой клетки кислотность выше, чем в межклеточном пространстве, и смена кислотности приводит к высвобождению лекарства из наноконтейнера.
"Таким образом, лекарство выделяется преимущественно внутри раковых клеток, что сильно снижает общую концентрацию препарата в организме - и, как следствие, предотвращает интоксикацию", - отмечает Матвеев.
По мнению авторов, наногибриды, модифицированные для адресной доставки, также актуальны для изотопной и бор-нейтрон захватной терапии онкологических заболеваний.
Синтезированные частицы также показали высокую антибактериальную активность против тестовых бактерий Escherichia coli - кишечной палочки, которая обычно встречается в грязной воде. Потому обеззараживание воды данными наногибридами может быть актуально при чрезвычайных ситуациях или в военное время.
Наногибриды на основе наночастиц нитрида бора могут также найти применение в качестве фотоактивных материалов в ультрафиолетовом диапазоне.
