Rosyjscy naukowcy zastąpili złote nanocząstki w laserowym leczeniu raka
W Rosji znaleziono sposób na zastąpienie drogich złotych nanocząstek używanych w fototermicznej terapii raka tańszymi odpowiednikami. Umożliwi to bezpieczniejsze niszczenie guzów, które są nieoperacyjne ze względu na bliskość ważnych dla życia organów.
Terapia bez złota: jak rosyjscy fizycy uczynili leczenie raka dokładniejszym, tańszym i bezpieczniejszym
Wprowadzenie
Wyobraź sobie guz wrastający w nerw wzrokowy lub oplatający tętnicę szyjną. Chirurg nie może go usunąć, nie oślepiając pacjenta lub nie wywołując udaru. Chemioterapia uderza w cały organizm, nie rozróżniając komórek zdrowych od chorych. W takich przypadkach medycyna sięga po terapię fototermiczną – metodę, w której do guza wprowadza się nanocząstki zdolne do nagrzewania się pod wpływem lasera i dosłownie wypalania raka od środka. Brzmi jak science fiction, ale to podejście jest już stosowane w klinikach. Problem w tym, że do niedawna „materiałem eksploatacyjnym” było złoto i srebro – drogie, niebezpieczne przy długotrwałym gromadzeniu i wymagające skomplikowanej obróbki chemicznej. Rosyjscy naukowcy z Permskiego Politechnikum i Moskiewskiego Centrum Zaawansowanych Badań wraz z kolegami z ZEA i Francji znaleźli rozwiązanie: stworzyli nanocząstki z diselenku wolframu i palladu, które okazały się tańsze, bezpieczniejsze i skuteczniejsze od złotych.
Szczegóły wydarzenia i chronologia
Badanie opublikowane w czasopiśmie Applied Surface Science było wynikiem międzynarodowej współpracy, która połączyła fizyków, chemików i materiałoznawców z Rosji, Zjednoczonych Emiratów Arabskich i Francji. Kluczową rolę w projekcie odegrał profesor katedry fizyki ogólnej Permskiego Narodowego Badawczego Uniwersytetu Politechnicznego (PNRPU), doktor nauk fizyczno-matematycznych Aleksandr Siuj.
Naukowcy po raz pierwszy na świecie zsyntetyzowali sferyczne nanocząstki z dichalkogenków metali przejściowych – diselenku wolframu i diselenku palladu – przy użyciu ultrakrótkich impulsów laserowych. Czas trwania błysku użytego do syntezy mierzony jest w femtosekundach – milionowych częściach miliardowej części sekundy. Zasadniczo ważne jest, że metoda syntezy jest „czysta”: nanocząstki formują się bezpośrednio w wodzie, bez dodatku toksycznych stabilizatorów, które zwykle są wymagane, aby zapobiec sklejaniu się cząstek. Własny ładunek elektryczny utrzymuje kulki osobno, a idealnie okrągły kształt pozwala im bezpiecznie krążyć w krwiobiegu i przenikać przez nieszczelne ściany naczyń guza.
Wyniki są imponujące. Wydajność konwersji promieniowania podczerwonego na ciepło osiągnęła 71% dla cząstek na bazie wolframu i 81% dla cząstek na bazie palladu. Ale główne odkrycie nie leży w liczbach wydajności, ale w zaobserwowanym efekcie „przełącznika”. Dwa bardzo podobne pod względem składu materiały zachowują się zasadniczo różnie pod działaniem lasera. Diselenek wolframu nagrzewa się ściśle na jednej długości fali (770 nm) – odchylenie od ustawienia lasera powoduje prawie całkowite zatrzymanie nagrzewania. Diselenek palladu, przeciwnie, równie skutecznie pochłania światło w szerokim zakresie od 650 do 950 nm. Daje to lekarzowi bezprecedensową możliwość wyboru: punktowe nagrzewanie dla guzów w pobliżu nerwów i naczyń albo szerokie nagrzewanie dla dużych nowotworów – wszystko w ramach jednej platformy technologicznej.
Wpływ i znaczenie
Znaczenie tego opracowania wykracza daleko poza publikację laboratoryjną. Atakuje ono trzy kluczowe ograniczenia, które przez dziesięciolecia hamowały rozpowszechnienie terapii fototermicznej – i atakuje je jednocześnie na wszystkich frontach.
Cena. Współczesne nanocząstki do terapii fototermicznej są produkowane głównie ze złota. Rynek złotych nanoprętów, według szacunków analityków, wynosił około 185,9 mln USD w 2024 roku i wykazuje roczny wzrost rzędu 10%, w dużej mierze dzięki zastosowaniom onkologicznym. Złote nanopowłoki kosztują około 200 USD za gram przy rocznej produkcji rzędu 300 kg. Wolfram to metal przemysłowy używany w żarówkach, pallad jest tańszy od złota. Zastąpienie metali szlachetnych tańszymi związkami może radykalnie obniżyć koszt cyklu terapeutycznego, który dziś liczony jest w tysiącach dolarów za jeden zabieg.
Toksyczność. Złoto jest obojętne w sztabce, ale w postaci nanocząstek z czasem utlenia się i uwalnia jony gromadzące się w wątrobie i śledzionie. Co gorsza – aby nanocząstki nie sklejały się w roztworze, pokrywa się je stabilizatorami, z których wiele jest toksycznych dla komórek. Srebro utlenia się jeszcze aktywniej niż złoto. Nowe nanocząstki są syntetyzowane w czystej wodzie bez żadnego dodatkowego odczynnika – problem toksyczności powłoki zostaje całkowicie wyeliminowany.
Sterowalność. Złoto nagrzewa się tylko z powierzchni, dlatego inżynierowie muszą nadawać cząstkom skomplikowane kształty – gwiazdki, kolce, pręciki. To komplikuje i podraża produkcję. Nowe materiały nagrzewają się w całej objętości, co nie tylko zwiększa sprawność, ale także czyni cząstki prostszymi technologicznie. A możliwość przełączania między punktowym a szerokim nagrzewaniem poprzez wybór innego materiału – to już zupełnie nowa jakość, niedostępna dla złotych prototypów.
Dla onkologii praktyczne znaczenie polega na tym, że guzy, które dziś uważane są za nieoperacyjne – wrastające w ważne struktury – otrzymują realną szansę na leczenie bez uszkadzania otaczających tkanek. Dla rynku nanotechnologii medycznych oznacza to pojawienie się alternatywy dla łańcuchów dostaw zorientowanych na złoto, które dziś są kontrolowane przez ograniczone grono producentów metali szlachetnych.
Reakcja kluczowych graczy
Informacja o opracowaniu została oficjalnie rozpowszechniona przez służbę prasową Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Rosji i podchwycona przez największe rosyjskie media – „Interfaks”, „Argumenty i Fakty”, „Gazeta.Ru”, „Nauka Rosyjska”. Publikacja w recenzowanym międzynarodowym czasopiśmie Applied Surface Science zapewniła legitymizację wyników w globalnym środowisku naukowym.
Sam profesor Aleksandr Siuj w komentarzach dla prasy podkreślił kluczową zaletę metody: „To duża przewaga nad cząstkami złota i srebra, które trzeba pokrywać trującymi substancjami, aby się nie sklejały. A kulisty kształt nie został wybrany przypadkowo: w przeciwieństwie do ostrych odłamków czy płaskich łusek, kulki bezpiecznie podróżują w krwiobiegu i łatwo przenikają do guza, nie uszkadzając zdrowych tkanek”.
Międzynarodowe współautorstwo – badacze z ZEA i Francji – dodatkowo wzmacnia autorytet wyników. Taka współpraca zmniejsza ryzyko, że opracowanie będzie postrzegane wyłącznie jako lokalny projekt, i otwiera drogę do dalszych wspólnych badań klinicznych w różnych jurysdykcjach.
Równolegle warto zauważyć, że zainteresowanie laserową syntezą nanocząstek dla biomedycyny nie jest odosobnione. W NRNU MEPhI również prowadzone są prace nad stworzeniem „superkontrastowych” nanocząstek do diagnostyki MRI i CT, a także radiosensybilizatorów do radioterapii – wszystko z wykorzystaniem femtosekundowych laserów. Kształtuje się cały kierunek, w którym rosyjskie szkoły naukowe mają poważne kompetencje.
Prognoza i wnioski
Opracowanie znajduje się na razie na etapie badań laboratoryjnych i ważne jest to podkreślić. Do zastosowania klinicznego czeka długa droga: badania przedkliniczne na zwierzętach, następnie fazy badań klinicznych na ludziach, uzyskanie pozwoleń regulatorów. Doświadczenie pokazuje, że proces ten zajmuje od 5 do 10 lat nawet w optymistycznym scenariuszu.
Jednak kierunek został wyznaczony wyraźnie. Terapia fototermiczna przestaje być niszową, kosztowną procedurą i zaczyna zmierzać w stronę masowej dostępności. Kiedy zamiast złota z jego zmiennością i rosnącym popytem (rynek rośnie o 10% rocznie) proponuje się materiały przemysłowe syntetyzowane w wodzie za pomocą jednego błysku lasera, równanie ekonomiczne zmienia się radykalnie.
Szczególnie obiecujący wydaje się odkryty efekt „przełączania” typu nagrzewania przez prostą zmianę materiału. W perspektywie może to doprowadzić do stworzenia całej palety nanocząstek o z góry zadanych właściwościach optycznych, dobieranych do konkretnej sytuacji anatomicznej – personalizowana nanomedycyna w dosłownym sensie.
Główne wyzwanie – skalowanie. Synteza za pomocą lasera femtosekundowego daje idealne cząstki o jakości laboratoryjnej, ale czy technologia będzie w stanie produkować je w ilościach wystarczających do praktyki klinicznej i przy zachowaniu niskiego kosztu własnego – to na razie otwarte pytanie. Niemniej jednak międzynarodowy zespół i publikacja w wysoko punktowanym czasopiśmie dają podstawy, by sądzić, że projekt otrzyma niezbędne do odpowiedzi na to pytanie zasoby.
Rosyjska nauka po raz kolejny przypomniała o sobie w dziedzinie łączącej fizykę, materiałoznawstwo i medycynę – i zaproponowała rozwiązanie, które może uczynić leczenie raka nie tylko bardziej skutecznym, ale także znacznie bardziej dostępnym dla pacjentów na całym świecie.
— Editorial Team
Brak komentarzy.