Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.
Ученые исследовали кремниевые наночастицы для биоимиждинга и доставки лекарств
Международная группа исследователей изучила новую улучшенную систему для визуализации клеток и доставки лекарств на основе наночастиц, покрытых люминесцентными молекулами-красителями. Ученые выяснили, как материал частицы и расстояние между красителем и ее поверхностью влияет на интенсивность свечения красителя. Выяснилось, что кремниевые наночастицы с красителем, размещенным прямо на поверхности, более эффективны, чем аналогичные частицы из золота. Биосовместимость кремниевых частиц позволяет применять их для внутриклеточной визуализации, доставки лекарств или генетического материала в клетку. Работа опубликована в Scientific Reports.
Люминесцентные красители широко используются в биологических и медицинских
исследованиях, поскольку совмещают высокую чувствительность и низкую
токсичность. Такими красителями часто покрывают наночастицы, которые
используются, например, в качестве средств для доставки препаратов. Это
позволяет отследить путь наночастицы, загруженной лекарствами, во
внутриклеточном пространстве. При этом, чтобы сигнал люминесценции от красителя
был достаточно сильным, важно учитывать материал частицы и расстояние между
красителем и ее поверхностью. Ученые Физико-Технического Факультета Университета
ИТМО совместно с коллегами из Германии и Швеции подробно изучили несколько
конфигураций разных наночастиц с люминесцентным покрытием и выявили наиболее
эффективный из них.
Ученые синтезировали и изучили наночастицы трех составов. В качестве
контрольного образца выступали нерезонансные частицы ванадата иттрия YVO4. Такие
частицы не влияют на интенсивность сигнала красителя. С контролем сравнивали
золотые и кремниевые частицы одинаковых размеров с красителем, размещенным на
разных расстояниях от поверхности.
Моделирование и эксперименты показали, что люминесцентный сигнал красителя на
кремниевой частице можно усилить в 3 раза по сравнению с аналогами на основе
золота. «Это происходит из-за возникающего в кремниевых частицах резонанса Ми.
Важно отметить, что резонансные длины волн зависят именно от размера частиц.
Из-за высокого коэффициента преломления, Ми-резонанс сферических частиц кремния
размером около ста и более нанометров попадает в видимую область спектра. Таким
образом, резонансные кремниевые частицы позволяют ускорить спонтанное излучение
и усилить сигнал красителя на поверхности», ‒ рассказывает Сергей Макаров,
руководитель Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета
ИТМО.
В то же время на поверхности золотой частицы люминесцентный сигнал затухает,
поэтому краситель необходимо помещать на расстоянии от золотой частицы. Для
этого приходится использовать химические методы, которые могут быть сложными и
затратными. Этих дополнительных шагов можно избежать, если использовать
кремниевые частицы, которые усиливают люминесцентный сигнал прямо на
поверхности. Кроме того, в работе было показано, что кремниевые частицы,
покрытые люминесцентными молекулами, могут поглощаться раковыми клетками.
“Мы считаем, что кремний очень перспективный материал, особенно для
биоприменения. В Университете ИТМО направления по доставке лекарств в клетки и
биоимиджингу сейчас активно развиваются. Например, мы активно работаем над
системами доставки на основе полых частиц из диоксида кремния. Благодаря
компетенциям команды Физико-Технического Факультета в области оптики, синтеза
частиц и их взаимодействия с клетками, наш Университет постепенно становится
узнаваемым и в этих междисциплинарных областях науки», ‒ рассказывает Михаил
Зюзин, научный сотрудник Физико-Технического Факультета Университета ИТМО. В
перспективе, с помощью этих систем можно будет не только визуализировать
внутриклеточные структуры, но и, например, адресно доставлять в клетки разные
вещества: от лекарств до генетического материала.