Більше бору! фізики озброять онкологів новітнім висококонцентрованим препаратом

18

У боротьбі з онкологічними захворюваннями сьогодні беруть участь дослідники, що працюють в різних областях науки. Одне з питань, на які вони спільно шукають відповідь: як зруйнувати пухлинні клітини, не пошкодивши здорові? у таку роботу включилася і завідуюча лабораторією макрокінетики нерівноважних процесів, доктор фізико-математичних наук катерина барміна (на знімку) з інституту загальної фізики ім. А. М. Прохорова ран. Тема її досліджень » лазерна абляція борсодержащих наноматеріалів, що використовуються в нейтронної терапії, як основа радіофармацевтичних лікувальних препаратів» підтримана грантом президента росії.

– катя, чому ви вирішили зайнятися медичною тематикою, адже вашим основним напрямком були фундаментальні лазерні дослідження? 8>–>- дійсно, наша лабораторія займається взаємодією лазерного випромінювання з речовиною, а саме отриманням нанооб’єктів за допомогою лазерної абляції твердих тіл.це один з методів генерації різноманітних наночастинок. Лазерний промінь фокусується на тверду мішень, що знаходиться в рідині. При щільності енергії пучка, що перевищують поріг плавлення матеріалу мішені, виникає тонкий шар розплаву, який під тиском парів навколишнього середовища викидається у вигляді наночастинок. В якості рідин зазвичай використовується вода, проте останнім часом застосовуються також органічні розчинники.

В ході нашого проекту ми хочемо вивчити перспективи використання борсодержащих наноматеріалів, отриманих за допомогою лазерної абляції в рідинах, наприклад, в бор-нейтронзахватной терапії (бнзт). При цьому сполуки для бнзт повинні мати низьку токсичність і високу концентрацію атомів бору-10. Це необхідно для зменшення шкідливого впливу на здорові тканини.

Сьогодні основні матеріали для бнзт-борсодержащие рідини, наприклад, боркаптат натрію і борфенілаланін. Але частка атомів бору в загальній атомній масі речовини в них невелика. Наприклад, у боркаптаті натрію 12 атомів бору, а борфенілаланін містить лише один такий атом у складі молекули. Це істотний недолік, що ускладнює їх використання в якості агента для бнзт. Тому пошук нових висококонцентрованих борсодержащих препаратів-це дійсно актуальне завдання. Ми будемо створювати технології виготовлення борсодержащих нанооб’єктів з високою концентрацією (до 90%) атомів бору-10.

Є різні методи отримання наночастинок: хімічний, нанодиспергування компактних матеріалів, ударно-хвильовий (детонаційний синтез). У більшості випадків синтезовані наночастинки містять сторонні домішки або іони, що неприпустимо в біологічних і медичних дослідженнях.

Одержувані за допомогою лазерної абляції наночастинки – хімічно чисті, це один з найважливіших критеріїв створення радіофармацевтичних лікувальних препаратів (рфлп). При цьому у нас є можливість комбінувати відразу кілька хімічних форм одного елемента. Таким чином, ми створюємо технології синтезу ефективних рфлп з високою концентрацією бору. Наше завдання також включає вивчення біодоступності наночастинок і того, як впливає на ракові клітини опромінення нейтронами.

Працюючи в новому для мене напрямку, я не тільки познайомилася з авторитетними вченими в цій галузі, а й придбала багато нових знань і навичок в біології та ядерній медицині. Завдяки цьому проекту в майбутньому році ми плануємо продовжити дослідження застосування наночастинок бору в бнзт у великих обсягах.

– що собою являє борнейтронзахватная терапія? — це перспективна методика лікування раку, що дозволяє вибірково знищувати клітини пухлини шляхом накопичення в них стабільного ізотопу бор — 10 і подальшого опромінення нейтронами. Після доставки з’єднання бору в пухлину її опромінюють нейтронами, які ініціюють ядерну реакцію з бором-10. Ядра атомів бору мають властивість поглинати нейтрони дуже інтенсивно на відміну від інших ядер атомів, з яких складається тіло людини. У цій реакції основний терапевтичний ефект створюють випускаються альфа-частинки з енергією 1.47 мегаелектронвольт. Вони викликають пошкодження тканини в радіусі 10 мікрометрів від місця захоплення нейтронів.

Щоб зменшити пошкодження нормальної тканини, необхідна специфічна доставка бору-10 до місця пухлини. Для цього пацієнту вводять молекулярне борсодержащее з’єднання, таке як борфенілаланін. В результаті співвідношення концентрації бору в пухлині до нормальної тканини збільшується до 3:1. Мінімальна доза цього елемента, необхідна в пухлини для отримання терапевтичного ефекту, становить 20-30 мікрограмів на грам або 10 мільярдів атомів бору-10 на одну клітину.

– чи використовується десь така терапія? 8>–>- можна виділити кілька важливих періодів розвитку методики бнзт. Перший-ранні клінічні випробування, проведені в сша з 1951-го по 1961 роки. Другий-піонерські роботи наукової групи професора хатанакі в японії з 1968-го по 1990-й. Третій-клінічні випробування глибинних внутрішньомозкових пухлин із застосуванням пучків теплових нейтронів від ядерних реакторів. Четвертий-використання прискорювачів заряджених частинок для отримання пучків теплових нейтронів. П’ятий-створення установок бнзт і їх застосування для лікування ракових пухлин у людини.

Особливість методу — в цілеспрямованому знищенні тільки ракових клітин без хірургічного втручання, що особливо важливо при онкологічних захворюваннях мозку. Підтверджена ефективність бнзт при різних типах злоякісних пухлин. Це стосується раку головного мозку (гліобластома), молочної залози, меланоми, аденокарциноми товстої кишки. Ключовий момент-потенційна можливість лікувати за допомогою джерела нейтронів ті види раку, які стійкі до інших видів опромінення і хіміотерапії, а також метастази.

Ефективність цього методу доведена на невиліковних формах. З 1700 осіб, які пройшли терапію за допомогою бнзт, 60% з гліобластомою мали позитивний результат. У росії провідний центр в цій області-інститут ядерної фізики ім. Г.і. Будкера з ран в новосибірську. Зараз ми разом досліджуємо борсодержащие наночастинки.

– розкажіть трохи докладніше про техніку, яку використовуєте. — ми застосовуємо наносекундні волоконно-ітербієві лазери і лазери з активним середовищем на основі алюмоіттрієвого граната, легованого іонами неодиму. Морфологію і склад наночастинок досліджуємо за допомогою просвічує електронної мікроскопії. Розмір наночастинок визначаємо за допомогою дискової центрифуги. Для вивчення кристалічної структури і складу наночастинок використовуються методи рентгенофазового аналізу.

Разом з іяф та інститутом біоорганічної хімії ім. Академіків шемякіна і овчиннікова ми збираємося провести біологічні тести з цитотоксичності наночастинок. Потім опромінюємо ракові клітини наночастинками бору на унікальній установці-прискорювальному джерелі епітеплових нейтронів в іяф. Це єдине в світі обладнання, на якому проводяться генерація нейтронів і біологічні дослідження.

– яким вам бачиться підсумок роботи над проектом? — завершивши його, ми збираємося підготувати рекомендації щодо створення технології синтезу борсодержащих наночастинок для їх потенційного використання в борнейтронозахватной терапії. Завдяки лазерній абляції вперше отримаємо сферичні наночастинки бору, карбіду бору, боруглерода розміром менше 100 нанометрів. Всі вони будуть з необхідними властивостями і кристалічною структурою. Також напишемо рекомендації щодо створення високопродуктивного лазерного комплексу для синтезу борсодержащих наночастинок до 50 грамів на годину. Отримані борсодержащие наночастинки протестуємо на прискорювальному джерелі епітеплових нейтронів з точки зору їх потенційного застосування в бнзт.

— мені доводиться чути від молодих вчених, що від них вимагають позначити результати досліджень вже в заявках на гранти. А це не так-то просто часом зробити, тому що в науці багато непередбачуваного. Яка ваша думка?- так, дійсно, в будь-якій заявці на проект обов’язково потрібно вказати очікувані результати і план робіт. Це нескладно в тому випадку, якщо вчений має напрацювання в тій чи іншій області. А у мене, наприклад, такого зачепила не було. Ідея виникла буквально раптово. Колеги попросили мене зробити наночастинки карбіду бору. Я згадала, що вчені з фіан і міфі займаються протонною і нейтронною терапією. В результаті обговорень з ними виникла ідея спробувати подати проект по бнзт.

З того часу вже виконана велика робота по гранту президента росії, і я сподіваюся, що це тільки початок. У проекті беруть участь п’ять осіб, ще більше десяти зацікавлені в його результатах. З фінансової точки зору масштаб досліджень вже перевершує бюджет гранту на рік,І ми в більшості таких випадків продовжуємо працювати на безоплатній основі. Це можливо завдяки спільному інтересу, взаємовиручці та солідарності між колегами. У майбутньому, сподіваюся, цей грант переросте в масштабний проект зі створення радіофармацевтичних препаратів на основі наночастинок бору, які будуть використовувати в бнзт.