Магнитные наночастицы аспиранта МАИ помогут в лечении рака и других болезней

Аспирант института № 9 «Общеинженерной подготовки» МАИ Любовь Бондаренко в 2019 году получила грант РФФИ на реализацию проекта «Функциональные магнитные нанокомпозиты на основе алкоксисиланов и гуминовых кислот». Суть проекта — не просто очередные лабораторные исследования, которые проводятся, как правило, в «идеальных» условиях, а модельные эксперименты, которые помогут понять реальную «судьбу» магнитных частиц в условиях среды использования, включая природную окружающую среду или организм человека. Полученные данные помогут, с одной стороны, эффективнее очищать загрязнённые водоёмы или другие техногенные среды, а с другой — сделать шаг вперёд в лечении рака методами адресной доставки лекарств и магнитной гипертемии.

Пресс-служба МАИ узнала, почему Любовь решила создавать и исследовать магнитные наночастицы, в чём уникальность проекта и как проходит второй год работы над ним.

Вы получили грант в конкурсе РФФИ на реализацию проекта «Функциональные магнитные нанокомпозиты на основе алкоксисиланов и гуминовых кислот». Расскажите о проекте подробнее? В чём суть?

В 2019 году я на два месяца уехала на стажировку в Венгрию — выиграла грант международного гуминового общества, связанный с исследованием гуминовых веществ (часть моей кандидатской диссертации посвящена гуминовым соединениям) и получила возможность пройти стажировку в научной лаборатории университета в городе Сегед, занимающейся соответствующими исследованиями.

Во время стажировки был объявлен конкурс РФФИ «Аспиранты». Мы с научным руководителем удалённо написали проектное предложение и подали заявку. Его тема логически вытекает из моей кандидатской диссертации. Расскажу подробнее.

Исследуемые мной частицы имеют магнитные свойства, соответственно, ими можно управлять с помощью внешнего магнитного поля. В области экологии их можно использовать, например, в качестве сорбентов для очистки жидкости. Наночастицы в оболочке, например, гуминовых кислот (широко используемых природных полиэлектролитов) могут быть превосходными сорбентами по отношению к тяжёлым металлам, фармацевтическим препаратам и другим загрязнителям.

В медицине область применения гораздо шире. Во-первых, адресная доставка лекарств. Согласно этому методу, лекарство вместе с магнитными частицами попадает в организм, а дальше под действием внешнего магнитного поля достигает целевой мишени (например, опухоли) и только там начинает действовать. Во-вторых, магнитная гипертермия, когда под воздействием внешнего магнитного поля наночастицы нагреваются до определённой температуры, которая разрушает раковые клетки. В-третьих, магнитно-резонансная терапия, где магнитные частицы могут использоваться в качестве контрастирующих агентов. Это самые основные направления, но, конечно, не все.

А чтобы эти частицы дошли до нужной точки и не окислились под действием внешней среды, что привело бы к изменению их магнитных свойств, мы покрываем или функционализируем их алкоксисиланами. Получается своего рода стеклянная оболочка, кремниевый каркас, который защищает магнитное ядро. В дальнейшем на эту кремниевую оболочку можно «посадить» дополнительный функциональный слой: например, лекарство или сорбент.

Когда вы подавали проект на конкурс, вам нужно было предоставить свои наработки в этой области?Обязательно, ведь это подтвердит, что мы не вчера проснулись с этой идеей, а действительно глубоко в этом разбираемся и имеем определённый опыт, на основе которого готовы продолжать работу.

Например, у моего научного руководителя были проекты, где магнитные наночастицы использовались для очистки лимфы от токсических компонентов. Этот проект был успешно реализован в Центральном военном клиническом госпитале имени А.А.Вишневского. Диссертация другого аспиранта моего научного руководителя была посвящена магнитным частицам, функционализированным пектином. Она исследовала их противоопухолевые свойства: полученные наночастицы на 90% тормозили рост опухоли Уокера, привитой крысам. Эти результаты нашей исследовательской деятельности я также использовала.

Кроме того, если говорить об экологии, именно команда моего научного руководителя впервые показала перспективную возможность использования магнитных наночастиц в оболочке гуминовых кислот в качестве сорбентов по отношению к тяжёлым металлам.

Наверняка работ в области магнитных наночастиц уже множество. Почему вы взялись за этот проект? В чём его уникальность?

Дело в том, что авторы существующих исследований получают подобные наночастицы, в основном, в лабораторных условиях, без учёта среды использования (например, природной или техногенной жидкой среды или организма человека), где конечный продукт и будет использоваться. Нам же было интересно понять, что происходит с наночастицами в реальных условиях: сохранят ли они свои свойства. Реальная среда намного агрессивнее и непредсказуемее: на наночастицы могут действовать самые различные факторы, начиная от pH желудочно-кишечного тракта и заканчивая кислородом. В итоге мы смоделировали несколько таких факторов и увидели, что наночастицы могут окисляться, менять свои свойства, а значит нуждаются в дополнительной защитной оболочке. Именно такую промежуточную защитную оболочку из алоксисиланов мы создаём и исследуем её стабильность.

Что уже сделано и какие ваши следующие шаги по работе над проектом?

Прошёл первый год, все поставленные по проекту задачи были выполнены. Мы получили магнитные наночастицы, функционализировали их силанами, исследовали их свойства, в том числе заряд поверхности и размер. На этом завершилась физико-химическая часть проекта.

На второй год запланированы экотоксикологические эксперименты — исследование их биоактивности по отношению к инфузориям, водорослям и высшим растениям. Эти исследования будут проводиться совместно с лабораторией экотоксикологического анализа почв МГУ.

Кроме того, мы планируем изучить и сорбционные свойства наночастиц по отношению к широко используемому антибиотику ципрофлоксацину. С одной стороны, полученные нами наночастицы могут использоваться как носители для доставки лекарственного препарата (ципрофлоксацин в данном случае можно рассматривать как модель) в организме, а с другой — как сорбенты для извлечения антибиотика из загрязненной водной среды.