Академия

Разработаны новые ультрамелкие магнитоэлектрические наночастицы для онкотераностики

Разработаны новые ультрамелкие магнитоэлектрические наночастицы для онкотераностики

Рубрика Исследования

Сотрудники Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Института физики прочности и материаловедения СО РАН и других научных учреждений разработали коллоидные дисперсные магнитоэлектрические наночастицы ультрамалого размера на основе биосовместимых материалов. Они в десять раз меньше аналогов и обладают улучшенными магнитоэлектрическими свойствами. Это делает наночастицы перспективным «интерфейсом» в широком спектре биомедицинских приложений от онкотераностики до лечения нейродегенеративных заболеваний. Об этом сообщили в Минобрнауки России.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда № 23-23-00511. Результаты работы опубликованы в журнале Сeramics International (Q1, IF: 5,1), издание входит в топ-10 самых цитируемых журналов мира по керамическим материалам в рейтинге Web of Science.

Наночастицы магнетита клинически одобрены и нашли широкое применение в биомедицинских задачах. Сегодня магнитоэлектрические наночастицы на основе магнетита разрабатываются размерами более 200 нм. Более того, сам процесс синтеза может занимать до нескольких дней и включать много дополнительных процедур, например, отжиг для формирования кристаллической структуры. Электрофизические свойства таких наночастиц на порядок хуже аналогов, которые содержат токсичные элементы, такие как свинец и другие. Все эти факторы значительно ограничивают возможности клинического применения существующих магнитоэлектрических наночастиц на основе магнетита.

Сотрудники международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Томского политеха синтезировали коллоидные дисперсные магнитоэлектрические наночастицы ультрамалого размера. Они состоят из магнетита и сегнетоэлектрического перовскита модифицированного титаната бария и имеют структуру «ядро-оболочка».

«Нам удалось успешно синтезировать дисперсные коллоидные магнитоэлектрические „ядро-оболочка“ наночастицы на основе биосовместимого магнетита с размерами менее 20 нм. В рамках нашего исследования впервые был применён микроволновый гидротермальный метод синтеза перовскитной оболочки на поверхности наночастиц магнетита, который позволяет сразу формировать кристаллические структуры, а также одновременно выполнять функционализацию наночастиц для снижения их агломерации, что является важным для тераностики», — отмечает лаборант МНИЦ «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Алина Уракова.

Магнитоэлектрические наночастицы были изготовлены на основе ядер оксида железа (Fe3O4), покрытых перовскитом модифицированного титаната бария Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3 (BCZT). Исследователям удалось достичь коллоидной стабильности наночастиц с помощью функционализации биосовместимой лимонной кислотой. Средний размер наночастиц составил 14–15 нм.

«Эксперименты показали, что полученные наночастицы обладают магнитоэлектрическим откликом на порядок выше, чем у ранее опубликованных результатов с магнетитом. Усиление электрофизических свойств было достигнуто за счёт модифицирования структуры титаната бария», — отмечает директор МНИЦ «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» профессор ТПУ Роман Сурменев.

Учёные выполнили систематическое исследование морфологии, состава, структуры, магнитных и электрофизических свойств разработанных наночастиц с помощью комплекса различных методов. Среди них просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция, спектроскопия комбинационного рассеяния света, фотоэлектронная рентгеновская спектроскопия, динамическое рассеяние света, магнитометрия и сканирующая зондовая микроскопия.

Часть экспериментов была посвящена каталитической активности разработанных наночастиц с помощью беспроводной магнитоэлектрической стимуляции. Для этого учёные воздействовали на наночастицы безопасным низкочастотным магнитным полем. Главная цель экспериментов — установить способны ли наночастицы продуцировать активные формы кислорода, которые оказывают губительное воздействие на онкологические клетки и ткани.

Руководитель исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозём

«Результаты показали, что наночастицы смогли разрушить более 80–90 процентов модельного красителя Родамина, который мы использовали для проверки, всего за один час воздействия низкочастотным магнитным полем. Важно отметить, что по сравнению с высокочастотными, низкочастотные магнитные поля являются безопасными, так как не приводят к нагреву магнитных наночастиц. Это является важным фактором, который в последствии поможет избежать губительных термических эффектов для здоровых клеток и тканей организма», — добавляет руководитель исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозём.

В исследовании приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Томского госуниверситета, ИК СО РАН, ИФПМ СО РАН, Исследовательского центра науки и технологий (LIFT) и Центра нейробиологии и нейрореабилитации им. Владимира Зельмана.

Новости Российской академии наук в Telegram →