26.09.2016

Учёные из Института неорганической химии СО РАН, лаборатории полиядерных координационных соединений Новосибирского государственного университета и ряда научно-исследовательских институтов СО РАН и СО РАМН впервые доказали эффективность применения кластеров молибдена в фотодинамической терапии раковых заболеваний. В настоящее время проводятся доклинические испытания препарата.

Морфологические изменения раковой клеточной линии после соединения с молибденовым кластером

Новосибирские химики совместно с биологами провели исследование действия кластеров молибдена, включенных в частицы диоксида кремния, на раковые клетки карциномы гортани и впервые доказали эффективность использования этих комплексов на живых системах в фотодинамической терапии рака. Результаты работы опубликованы в статье Cellular internalisation, bioimaging and dark and photodynamic cytotoxicity of silica nanoparticles doped by {Mo6I8}4+ metal clusters в журнале Journal of Materials Chemistry B.

В исследовании приняли участие учёные из лабораторий Института неорганической химии (ИНХ) СО РАН, Новосибирского государственного университета, НИИ клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН, НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, НИИ физиологии и фундаментальной медицины СО РАМН, Халлского университета (Великобритания).

Кластеры — группы близко расположенных, тесно связанных друг с другом атомов, молекул, ионов. Кластеры по своей структуре занимают промежуточное положение между молекулой и объемным твердым телом. Металлические кластеры состоят из основы (атомы металла) и лигандов (заряженных и/или нейтральных молекул), находящихся на расстоянии друг от друга не более 0,3 нм, что допускает прямое взаимодействие металл-металл

Шестиядерный кластер молибдена
Шестиядерный кластер молибдена

Как рассказывает старший научный сотрудник лаборатории полиядерных координационных соединений, научный сотрудник лаборатории синтеза кластерных соединений и материалов ИНХ СО РАН Михаил Шестопалов, специалисты из Института неорганической химии и НГУ занимаются изучением кластеров молибдена и вольфрама на протяжении длительного времени и выявили ряд интересных свойств у этих комплексов:

Под воздействием ультрафиолетового излучения кластеры молибдена, в частности, начинают светиться красным светом. Но если кластеры люминесцируют в присутствии кислорода, который находится вокруг нас в невозбужденном триплетном состоянии, то они влияют на него, и он переходит в очень активную синглетную форму.

Синглетный кислород в медицинской практике используется в фотодинамической терапии рака, основанной на применении веществ, чувствительных к свету (фотосенсибилизаторов) и лазерного излучения с длиной волны, соответствующей пику поглощения фотосенсибилизатора. Новосибирские учёные решили сделать новый фотосенсибилизатор на основе кластеров молибдена.

По словам Михаила Шестопалова, в настоящее время в качестве фотосенсибилизаторов в основном используются порфирины (природные макрогетероцикличные пигменты, содержащие в молекуле цикл порфина), однако у них есть ряд недостатков, например, их, как органические соединения, трудно обнаружить в организме какими-либо другими методами, кроме люминесценции.

Так как кластеры молибдена имеют в своей основе атомы металла, они являются рентгеноконтрастными. Иными словами, препарат можно быстро обнаружить в организме после введения с помощью рентгена, после чего провести терапевтическую процедуру.

Следующим шагом в работе стала модификация шестиядерных кластеров молибдена для того, чтобы они стали биосовместимыми. В качестве матрицы-носителя для кластерных комплексов были выбраны частицы диоксида кремния.

Диоксид кремния был выбран неслучайно. Его легко модифицировать, чтобы сделать достаточно маленькие наночастицы размером 50 нм и конъюгировать их, тесно сблизить, с антителами, относящимися к гиперэкспрессивному гену, например, HER2, которого у некоторых видов раковых клеток становится очень много. После конъюгации с антителом наночастицы пойдут непосредственно в опухоль, — поясняет Михаил Шестопалов.

Эффект воздействия кластера молибдена на раковые клетки до (вверху) и после (внизу) облучения

Исследователи в качестве анититела к гену HER2 взяли препарат герцептин — здоровые клетки, которые не гиперэкспрессируют этот ген, практически его не накапливают, в то время как раковые клетки с гиперэкспрессией гена накапливают очень быстро.

Учёные синтезировали различные кластерные комплексы с частицами разного размера, и им удалось найти оптимальную комбинацию, которая хорошо люминесцировала и генерировала синглетный кислород. После этого совместно с коллегами-биологами специалисты показали, что наночастицы проникают в опухоль (карцинома гортани), и под воздействием синглетного кислорода, который образуется под ультрафиолетовым излучением, раковые клетки умирают.

Михаил Шестопалов отмечает, что в настоящий момент препарат на основе молибденовых кластеров находится на доклинической стадии испытания (на животных).

Анастасия Аникина

Последняя редакция: 10.10.2016 16:19