Наночастицы российских ученых улучшат качество "трехмерного рентгена"

МОСКВА, 14 июн – РИА Новости. Российские биофизики и химики создали наночастицы, способные резко повысить разрешающую способность томографов и одновременно пригодные для создания препаратов, способных уничтожать микробов и раковые клетки. Их описание было представлено в Journal of Nanomaterials.

«

"Мы уже создали и изучили свойства наночастиц из окиси вольфрама, которые обладают ярко выраженной бактерицидной активностью, а также способностью избирательно убивать раковые клетки. Таким образом, сейчас наша команда работает в двух направлениях. Мы уже получили патент на схему синтеза", — рассказывает Антон Попов из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино.

Как хорошо знает любой посетитель больницы, классические рентгеновские установки могут получать двумерные изображения отдельных органов, конечностей и различных тканей тела, просвечивая их пучками рентгеновских волн. Так можно находить переломы, крупные опухоли и другие опасные образования, но нельзя точно оценить их размеры, массу, объем и структуру.

Все эти задачи можно решить, используя так называемые компьютерные томографы – приборы, использующие рентген для получения "послойных" снимков тела или органов. Принцип их работы очень прост – при прохождении через тело пучки этих волн ослабляются по очень четкой математической закономерности, поглощаясь и взаимодействуя с тканями.

Это позволяет получать трехмерные фотографии внутренних органов тела, а также прочих непрозрачных и не обязательно "живых" объектов, к примеру, обгоревших папирусов из Помпей, обстреливая их пучками рентгена с разных углов и объединяя наблюдения за их движением при помощи компьютера.

Качество этих снимков, как отмечает Попов, можно повысить, если ввести в изучаемый орган или объект особые вещества, которые будут особенно активно взаимодействовать с рентгеновским излучением. Это сделает картинку более контрастной и упростит компьютеру задачу по "сборке" трехмерной версии изображения.

Лучше всего для этих целей подходят соединения, содержащие в себе тяжелые атомы, однако на эту роль, в силу токсичности, высокой стоимости и других недостатков, подходят далеко не все содержащие их вещества. По этой причине сегодня в компьютерной томографии используются два элемента – йод и барий. И тот, и другой далеко не идеальны и ученые давно ищут им замену.

Как передает пресс-служба ИТЭБ РАН, Попов и его коллеги нашли более удобную, безопасную и эффективную альтернативу для йодных инъекций и неприятных на вкус растворов солей бария, экспериментируя с наночастицами из трехокиси вольфрама.

Недавно российские ученые и многие их зарубежные коллеги выяснили, что миниатюрные фрагменты этого соединения могут проникать внутрь бактерий и раковых клеток и уничтожать их, если подсветить их светом или другими формами электромагнитных волн. Это позволяет использовать их для диагностики и лечения рака, очистки воды и многих других целей.

© Han et al. / Journal of Nanomaterials 2019

Наночастицы из триоксида вольфрама, созданные российскими биофизиками и химиками

С другой стороны, эти же наночастицы, как недавно выяснили физики, очень хорошо поглощают рентгеновское излучение, превосходя в этом отношении и йод, и барий. Для этого, однако, необходимо было как-то поменять их свойства таким образом, чтобы кусочки триоксида вольфрама не убивали окружающие их клетки при проведении компьютерной томографии.

Российские ученые решили эту проблему, проследив за тем, что происходит с "голыми" наночастицами подобного рода при их облучении рентгеном, а также изучив то, как поменяются их свойства при покрытии различными полимерами.

Для этого ученые вырастили несколько типов наночастиц WO3, обработали часть из них декстраном, сахаристым полимером, из которого состоит налет на зубах, а также другими органическими веществами. После этого они подготовили особый коллоидный раствор на их основе и добавили его в питательные среды к культурам стволовых и раковых клеток.

Как оказалось, подобный прием сделал наночастицы безвредными и для тех, и для других клеток. Триоксид вольфрама не вызывал их массовой гибели даже при очень высокой концентрации частиц. С другой стороны, полимерная оболочка не лишила этот материал всех ее положительных качеств, важных для использования в томографии или при диагностике рака.

Эта методика производства наночастиц, по словам ее создателей, была недавно успешно запатентована ими в России. Ученые надеются, что их открытие не только улучшит работу компьютерных томографов, но и позволит создать новые методики одновременной терапии и диагностики рака.