Универсальные нанокомпозиты для рентгеновской фотодинамической терапии глубоких и поверхностных форм опухолей

Универсальные нанокомпозиты для рентгеновской фотодинамической терапии глубоких и поверхностных форм опухолей


Дата начала работ по гранту: 01.10.2020
Дата окончания работ по гранту: 01.10.2022
Руководитель: Солдатов Александр Владимирович
Ответственный исполнитель: Кучма Елена Александровна

Фотодинамическая терапия стала одним из важных методов лечения целого ряда типов онкологических опухолей с поверхностной локализацией, однако, эта методика не может быть применима к глубоко расположенным опухолям. Впервые в мировой практике будет осуществлена проверка возможности разработки универсального нанокомпозита для рентгеновской фотодинамической терапии глубоких и поверхностных форм опухолей. Для решения данной проблемы предлагается использование рентгеновских лучей в качестве источника энергии для фотодинамического эффекта. В настоящее время не существует биосовместимых фотосенсибилизаторов для рентгеновского диапазона при фотодинамической терапии одновременно и поверхностных и глубоких опухолей (которые имеют место, например, при случае развития меланомы с метастазированием). Поэтому целью настоящего проекта являются исследования возможностей нанотехнологий для создания биосовместимых нанокомпозитов на основе наноструктурированных рентгеновских люминофоров, поглощающих рентгеновских лучей и выделяющих фотонов в оптическом диапазоне с наноструктурированными фотосенсибилизаторами для оптического диапазона. В рамках настоящего проекта предполагается объединить современные методики для создания и исследования нового класса активных наноструктурированных материалов, открывающих доступ к реализации рентген-индуцированной фотодинамической̆ терапии для одновременной терапии поверхностных и глубоких форм опухолей.


Данный проект был направлен на разработку универсальных нанокомпозитов для рентгеновской фотодинамической терапии глубоких и поверхностных форм опухолей с использованием сцинтилляционных наночастиц, покрытых биосовместимым покрытием и фотосенсибилизатором. На первом этапе реализации проекта в качестве универсальных нанокомпозитов были выбраны сцинтилляционные наночастицы фторида гадолиния (GdF3), допированные ионами Tb3+, покрытых биосовместимым покрытием (PEG) и фотосенсибилизатором RB (Бенгальский розовый). Данные нанокомпозиты могут использоваться в качестве рентген-, УФ- и фотолюминесцентных медиаторов для возбуждения фотосенсибилизатора и ответной генерации АФК для фотодинамической терапии. Нанокомпозиты могут также использоваться в качестве контрастных агентов для компьютерной томографии (КТ) магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Проведена разработка протоколов синтеза на основе методов соосаждения в водных растворах при комнатной температуре, гидро- и сольвотермальных методов синтеза с использованием микроволнового излучения для получения сцинтилляционных наночастиц PEG@GdF3:Tb3+ (с разной концентрацией Tb3+). Бенгальский розовый (Rose-Bengal) - органический фотосенсибилизатор с пиком поглощения 550 нм хорошо сочетается со сцинтиляционными наночастицами, легированными Tb3+ с зеленым излучением с пиками 490 нм, 544 нм, 585 нм и 620 нм при возбуждении как УФ-светом, так и рентгеновским и гамма излучением за счет электронных переходов из возбужденного состояния 5D4 в остовные состояния 7FJ (J = 6–3). Для получения коллоидного раствора сцинтилляционных наночастиц PEG@GdF3:Tb3+ (разной концентрации x = 5, 10, 15, 20, 25%) использовался метод сольвотермального синтеза из растворов солей Gd и Tb, фторида аммония (NH4F) в этиленгликоле (EG), который подвергался дальнейшей термической обработки в автоклаве при температуре 200ºС. В качестве стабилизатора поверхности и поверхностно-активного вещества использовался PEG-1500. Наночастицы, полученные этим способом, имеют высокую кристалличность, «веретенообразную» морфологию (вытянутая ромбоэдрическая форма) с размерами 70–150 нм в длину и 40–80 нм в ширину. Средние размеры наночастиц по TEM составляли 120 нм в длину и 40 нм в ширину. Рентгенограмма порошков показала соответствие соединению GdF3 (карта JCPDS № 12-0788) с орторомбической сингонией. Гидродинамический радиус частиц и распределением по размерам составлял 80.3 ± 79.1 нм. Термогравиметрический анализ порошков при нагреве до 600ºС показал потерю массы за счет высвобождения органических лигандов, входящих в состав PEG, на 13%. Наличие покрытия PEG также показал анализ ИК спектров. Исследование эмиссионных спектров (XEOL) сцинтилляционных наночастиц PEG@GdF3:Tb3+ (разной концентрации x = 5, 10, 15, 20, 25%), возбуждаемые рентгеновским излучением (35кВ, 16мА), показал эмиссионные пики 490 нм, 544 нм, 585 нм и 620 нм, соответствующие электронным переходам из возбужденного состояния 5D4 в остовные состояния 7FJ (J = 6–3). Наилучшая интенсивность XEOL достигается при концентрация допирующей примеси ионов Tb3+ приблизительно 15 ат%.
Разработан метод синтеза и получен нанокомпозит для одновременной рентгеновской фотодинамической терапии глубоких и поверхностных опухолей на основе PEG@GdF3:Tb3+ (15%) - RB (Бенгальский розовый).
Физико-химические характеристики исследуемых наночастиц PEG@GdF3:Tb3+ (разной концентрации x = 5, 10, 15, 20, 25%) и нанокомпозитов PEG@GdF3:Tb3+ (15%) - RB определялись при помощи следующих экспериментальных методик просвечивающей электронной микроскопии TEM, метода рентгеновской дифракции XRD, микро рентгенофлуоресцентного спектрометрии XRF, Фурье ИК-спектроскопии (FTIR), термогравиметрического анализа TG/DSC, динамического рассеяния света DLS. Проведено исследование эмиссионных спектров (XEOL) порошков и коллоидных водных растворов наноматериалов.
В результате проведенных исследований был получен набор наночастиц PEG@GdF3:Tb3+ (разной концентрации x = 5, 10, 15, 20, 25%) в виде наноразмерных порошков белого цвета, при разведение в воде легко суспензируется в стабильный коллоидный раствор. Получен нанокомпозит PEG@GdF3:Tb3+ (15%) - RB в виде порошка розового цвета, который также легко суспензируется в стабильный коллоидный раствор. В последующих исследованиях будет проведены биологические тесты на цитотоксичность для разработанных наночастиц и нанокомпозитов, проверена контрастирование для компьютерной томографии в исследованиях in vivo на мышах, рентгеновские тесты нанокомпозита с регистрацией активных форм кислорода (АФК) с использованием детектора АФК SOSG (Singlet Oxygen Sensor Green).


Публикации по направлению


Всего отобрано 0 публикаций с суммарным значением Impact-factor = 0