Рак под контролем магнитного поля

Немагнитное покрытие из оксида кремния магнитных наночастиц значительно повышает гибель раковых клеток. К такому выводу в результате исследования пришли российские ученые. Такая оболочка не позволяет наночастицам объединяться, в результате они сохраняют эффективные магнито-механические свойства в низкочастотном переменном магнитном поле. Исследование опубликовано в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.

Биосовместимые магнитные наноматериалы имеют широкий спектр применения, что делает их одним из самых перспективных материалов в биомедицине. Благодаря их чувствительности к внешнему магнитному их можно использовать для целенаправленной доставки лекарств или точечного воздействия на определённые молекулы-мишени.

Цитотоксичность (способность убивать живые клетки) магнитных наночастиц зависит от параметров магнитного поля, его амплитуды, частоты, а также продолжительности воздействия. Под воздействием переменного низкочастотного магнитного поля магнитные наночастицы начинают вращаться, что приводит к механическому повреждению клеток.

Ученым из НИТУ «МИСиС», МГУ имени М.В. Ломоносова, ФГБУ «НМИЦ психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского», СибГМУ, ТПУ, Сколтеха, РХТУ им. Д.И. Менделеева и ГНИМУ имени Н. И. Пирогова удалось добиться увеличения магнито-механического эффекта наночастиц за счет нанесения на их поверхность дополнительного немагнитного покрытия.

В ходе экспериментов исследователи использовали два типа магнитных наночастиц на основе оксида железа с одинаковым диаметром магнитного ядра, один из которых был дополнительно покрыт немагнитным биоинертным слоем оксида кремния. Затем цитотоксический эффект магнитных наночастиц обоих типов был оценен на раковых клетках предстательной железы человека в переменном низкочастотном магнитном поле.

Ученые установили, что немагнитное покрытие магнитных частиц не только позволяет добиться увеличения в размере, но и существенно влияет на их биологические свойства. В низкочастотном переменном магнитном поле наночастицы с покрытием на основе оксида кремния значительно снижают жизнеспособность раковых клеток, в то время как наночастицы без дополнительного покрытия не оказывают заметного цитотоксического эффекта.

Под воздействием наночастиц с немагнитным покрытием раковые клетки умирали от некроза, вызванного нарушением целостности внутриклеточных мембранных структур.

По данным, полученными методами просвечивающей электронной микроскопии и динамического светорассеяния был сделан вывод, что магнитные наночастицы без дополнительного покрытия подвержены воздействию кислотной среды эндосом, вследствие чего они агрегируют и не могут эффективно вращаться в вязкой клеточной среде.

Ученые пришли к выводу, что именно подвижность магнитных наночастиц является залогом их эффективности против раковых клеток в низкочастотном переменном магнитном поле. Дополнительное покрытие на основе оксида кремния обеспечивает стабильность магнитных наночастиц, предотвращая их агрегацию и последующую потерю подвижности.

 «Данное исследование интересно как с фундаментальной точки зрения, так и с практической. С одной стороны, мы нашли то, что ранее не описывалось в научных статьях, а именно ключевое влияние немагнитной фазы, которая позволяет сохранять коллоидную стабильность наночастиц, на эффективность магнито-механического воздействия на клетки. В более ранних работах основное внимание уделялось магнитной фазе наночастиц: форме, размерам, составу. Это хороший задел для дальнейшего изучения того, какими должны быть структурные особенности наночастиц для максимального увеличения их эффективности. С другой стороны, мы показали, что наши наночастицы работают, они вызывают гибель клеток. Таким образом, можно продолжать исследование, проверить их эффективность in vivo», – комментирует соавтор исследования Артём Илясов, инженер лаборатории «Биомедицинские наноматериалы».