Российские ученые создали наноэлектрод, измеряющий действие химиотерапии

МОСКВА, 4 июн — РИА Новости. Сотрудники Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" совместно с коллегами из МГУ имени М. В. Ломоносова, НИЦ "Курчатовский институт", РХТУ имени Д. И. Менделеева, Имперского колледжа Лондона и Университета Канадзавы нашли способ анализировать токсичность наноматериалов в живых клетках при помощи созданного ими наноэлектрода. В частности, это позволит проводить экспресс-анализ токсичности препаратов химиотерапии при лечении рака, что даст возможность уточнить прогноз выживаемости. Также создание наноэлектрода важно для доклинических исследований лекарственных средств, так как допускает проведение анализа на единичных живых клетках, без использования лабораторных животных. Итоги исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

До сих пор не существовало способа измерения токсичности внутри клетки без разрушения ее. Ученые международной коллаборации с участием НИТУ "МИСиС" решили создать такой способ, используя нанокапилляры, применяемые обычно в сканирующей ион-проводящей микроскопии. Они модернизировали нанокаппиляр, заполнив его углеродом и нанеся на его конец платину. Таким образом нанокапилляр превратился в наноэлектрод, которым можно не только ощупывать клетки, но и проникать внутрь через нанопрокол, мгновенно зарастающий после удаления наноэлектрода.  

Наноэлектрод многократно протестировали. Оказалось, что таким образом можно измерять концентрацию АФК (активных форм кислорода), уровень РН, АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), содержание глюкозы и ионов меди. Но применение метода намного шире. Так, можно определять концентрацию токсинов при воздействии любых лекарственных субстанций на живые клетки. В частности, новый метод протестировали для измерения токсичности магнитных наночастиц, которые одобрены для клинического применения, в том числе и для химиотерапии.

Магнитные наночастицы широко используются в адресной доставке лекарств и в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии, гипертермии ("выжигании" опухолей изнутри) и радионуклидной терапии с использованием магнитного поля.

Ученым необходимо оценивать, может ли растущее применение таких частиц наносить ущерб пациенту. Поэтому важно разработать методы, которые могут обеспечить высокопроизводительный анализ биореакций и прогноз токсичности.

Известно, что магнитные наночастицы вызывают внутри клеток образование активных форм кислорода. АФК — это ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси, образующиеся как вследствие естественного метаболизма, так и под действием ионизирующего излучения. Повышенное содержание АФК в клетке обычно приводит к "окислительному стрессу" и ее повреждениям из-за окисления. То есть увеличение концентрации внутриклеточных АФК — один из первых признаков токсичности у клеток. В НИТУ "МИСиС" воспользовались этим эффектом для того, чтобы оценивать токсичность магнитных наночастиц на основе измерения активных форм кислорода.

"Мы разработали стабильный зонд на основе углеродных наноэлектронов, покрытых каталитически активным слоем платины для измерения внутриклеточных АФК. Чувствительность разработанного метода заметно отличается от измерений АФК при использовании стандартных методов: соответствующую разницу АФК старые технологии обнаружить не позволяют", — рассказал РИА Новости один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник лаборатории "Биомедицинские наноматериалы" НИТУ "МИСиС" Александр Ерофеев.

По словам авторов, результаты такого метода показывают значительную разницу концентраций внутриклеточных АФК, измеренных в раковых клетках до и после воздействия наночастиц оксида железа (размером десять нанометров). То есть новый метод можно положить в основу экспресс-анализа для тестирования действия химиотерапии.

Ученые подчеркивают важность и перспективность использования наноэлектродов для анализа. По их мнению, это позволит обеспечивать относительно быструю, чувствительную и экономически эффективную оценку токсичности наночастиц на единичных клетках.