Ученые научились управлять скоростью растворения кремниевых наночастиц в живых клетках

Ученые кафедры медицинской физики физического факультета МГУ вместе с коллегами с факультета фундаментальной медицины и ИТЭБ РАН показали возможность управления скоростью биодеградации — растворения в живых клетках —  кремниевых наночастиц. Процесс изучили методами люминесцентной конфокальной микроскопии и микро-спектроскопии комбинационного рассеяния света. Результаты исследования помогут в разработке управляемых систем доставки лекарств на основе нанокремния.

По слова руководителя работы, старшего научного сотрудника физического факультета МГУ Любови Осминкиной наночастицы кремния — один из наиболее перспективных наноматериалов для использования в медицине. Ранее участники совместного проекта уже доказали низкую токсичность кремниевых наночастиц, возможность их использования как контейнеров для доставки лекарств, а также как усилителей ультразвуковых и электромагнитных волн. Их уникальное свойство — способность растворяться в живых клетках и тканях с образованием нетоксичной кремниевой кислоты, играющую важную роль в регуляции метаболизма человека.

В новой работе наночастицы кремния были получены измельчением массивов кремниевых нанонитей, структурными свойствами которых можно управлять в процессе синтеза. При этом можно получить как высокопористые наночастицы, так и абсолютно непористые.

Оба типа наночастиц при инкубации как с раковыми, так и с нормальными клетками человека не демонстрировали токсических свойств вплоть до очень высоких концентраций.

Люминесцентные свойства наночастиц и наличие у них уникальных Рамановских спектров, сигналы которых изменяются при их растворении, позволили исследовать скорость биодеградации наночастиц непосредственно в живых клетках. Было обнаружено полное и быстрое, в течение 24 часов, растворение пористых наночастиц. В то же время сигнал от непористых наночастиц наблюдался в течение 7 дней их инкубации с клетками и вплоть до 20 дней инкубации в модельных биологических жидкостях.

«Учитывая, что химический состав поверхности одинаков для двух типов наноматериалов, авторы связали более быстрое растворение пористых наночастиц с сочетанием двух морфологических факторов: больший объем и диаметр пор, которые способствуют более быстрому проникновению жидкости (лучшее «смачивание»); большая внутренняя поверхность и меньшие нанокристаллы, которые способствуют более быстрому растворению наночастиц», — объяснил ведущий автор работы, научный сотрудник физического факультета МГУ Максим Гонгальский.

Результаты исследования помогут в разработке новых систем управляемой доставки лекарств на основе кремниевых наночастиц, над которыми в настоящее время работают ученые.

Работа опубликована в журнале Nanomaterials. Исследование выполнено в рамках НОШ МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» и поддержано грантами Российского научного фонда и Российского Фонда Фундаментальных исследований.

• #Физика