Які наночастинки можуть перетворювати інфрачервоне випромінювання в ультрафіолетове, що допомагає вітаміну В2 (рибофлавіну) концентруватися в злоякісних пухлинах і вбивати їх і які ін'єкції в майбутньому можуть врятувати від раку, кореспонденту Indicator.Ru розповів керівник проекту, підтриманого грантом РНФ, - Євген Хайдуков.
Рибофлавін і наночастинки
Ефективні фотосенсібілізірующіе (пов'язані з впливом світла) властивості рибофлавіну були відомі давно. Вітамін В2 здатний напрацьовувати активні форми кисню, що знищують ракові клітини. Але суть питання зводилася до того, щоб навчитися активувати (порушувати) рибофлавін в глибині тканин і запускати потрібний каскад реакцій. Ця речовина здатна перейти в збуджений стан, якщо на нього впливати променями світла в синьому або ультрафіолетовому (УФ) діапазоні, але, на жаль, таке світло не проникає в тканини на глибину, достатню для знищення пухлини.
Механізм знищення пухлини на поверхні биоткани шляхом впливу синім або ультрафіолетовим світлом на рибофлавін, введений внутрішньовенно
Відомо, що існує так зване «вікно прозорості» біологічних тканин в ближньому інфрачервоному (ІК) діапазоні спектра. Світло ближнього ІЧ діапазону спектра не представляє шкоди для людини і здатний проникати в глибину тканин нашого тіла. Таким чином, потрібно було створити «посередника», здатного перетворювати ІК-світло в фотони синього і ультрафіолетового діапазону спектра, необхідні для активування рибофлавіну.
Найкращим кандидатом на роль «посередника» виступили апконвертірующіе (перетворюють інфрачервоне випромінювання в ультрафіолетове) наночастинки NaYF₄: Yb³⁺: Tm³⁺, що володіють унікальними оптичними властивостями. Іони лантанидов в наночастицах при послідовному поглинанні квантів ІЧ-світла переходять в метастабильное збуджений стан. У цьому стані енергія, запасені в наночастицах, при певних умовах може безвипромінювальної передаватися молекулам рибофлавіну, який, в свою чергу, напрацьовує активні форми кисню, що знищують ракові клітини.
Скільки потрібно вітамінів
Вчені визначили критичний рівень рибофлавіну, який потрібно забезпечити в пухлини, для того щоб її можна було знищити. Виявилося, що необхідна концентрація рибофлавіну становить 30 мкM. На наступному етапі дослідження потрібно було зрозуміти: чи можна отримати необхідну високу концентрацію вітаміну в пухлини? Виявилося, що і це можливо.
«Рибофлавін, або вітамін В2, є унікальним біологічно активною речовиною, що грає важливу роль у підтримці здоров'я людини. Справа в тому, що у рибофлавіну величезний окислювально-відновний потенціал: його похідні входять до складу великого числа найважливіших ферментів. Таким чином, рибофлавін грає найважливішу роль транспортера енергії в клітинах », - підкреслює Євген Хайдуков.
Механізм накопичення рибофлавіну в ракових клітинах залишається не до кінця зрозумілим. Мабуть, це пов'язано з тим, що швидкість ділення ракових клітин значно вище, ніж у здорових клітин, тобто потреба в енергії у ракових клітин зростає. Саме це і призводить до того, що вони так «люблять» вітамін В2.
Використовуючи цей механізм, можна забезпечити необхідну концентрацію рибофлавіну в пухлинних тканинах. При його системному введенні абсолютно відсутній негативний вплив на організм в цілому, оскільки рибофлавін НЕ наклаплівается, а будь-який його надлишок легко виводиться.
Як уражаються пухлини
Російські вчені отримали активний супрамолекулярних комплекс, що містить рибофлавін і апконвертірущіе наночастинки (нанофосфори), які запускають каскад реакцій, що призводять до виділення активних форм кисню і до знищення ракових клітин. Цей комплекс буде вводитися внутрішньовенно.
Накопичення супрамолекулярної комплексу в пухлині стає можливим завдяки EPR-ефекту. Він полягає в тому, що пухлина вразлива через особливості її судинної системи. Коли пухлина розвивається, клітини викидають так звані фактори росту в великій кількості, і тому судини, які ростуть в пухлини, не встигають сформуватися правильно і володіють великою кількістю дефектів. За словами вченого, їх можна представити як «іржаві труби з дірками». З цих «дірок» супрамолекулярних комплекс може «випасти» і залишитися в пухлини. Тому фактично виходить, що при введенні в кровотік препарату, комплекси «випадають» з судин, концентруючись в пухлини. Після цього залишається тільки включити інфрачервоне світло, і пухлина починає гинути.
Наявність в спектрі фотолюмінесценції комплексу лінії на довжині хвилі 800 нм на додаток до описаних можливостям дозволяє одночасно проводити оптичну візуалізацію стану пухлинних тканин. Це робить створений вченими супрамолекулярних комплекс тераностіческім агентом, що забезпечує як діагностику, так і терапію.
«Поки дослідження проводилися на лабораторних мишах, яким була щеплена злоякісна пухлина людини - рак молочної залози. При одноразовому впливі спостерігалося ремісія захворювання і зменшення обсягу пухлини більш ніж на 90% », - говорить Євген Хайдуков.