Группа американских и российских ученых создала мельчайшие плазмонные нанолазеры (спазеры), которые найдут применение в диагностике и лечении онкологических заболеваний. Результаты работы опубликованы в Nature Communications.

Наука в Сибири, 2017, № 25 (29 июня 2017), стр.3

Новости Сибирской науки (09.06.2017, sib-science.info)

Исследователи из Арканзасского университета медицинских наук (США), Института автоматики и элек- трометрии СО РАН, Института неорга нической химии им. А.В. Николаева СО РАН и Университета штата Джорджия (США) разработали самый маленький 22-нанометровый спазер, способный генерировать когерентное оптическое излучение непосредственно внутри живых клеток и тканей организма. Его предлагается использовать в качестве сверхъяркого водорастворимого био- логически совместимого зонда. Этот плазмонный нанолазер складывается из нескольких состав- ляющих: резонатора, представляю- щего собой частицу золота, которая поддерживает плазмонный резонанс, и изоионной изопористой оболочки, заполненной красителем (в данном случае — уранином, он излучает в области 520—530 нанометров, что со- впадает с плазмонным резонансом зо- лотой наночастицы, хорошо растворим в воде и физиологическом растворе, благодаря чему широко используется в медицине). К оболочке «пришивает- ся» фолиевая кислота — таким обра- зом спазер приобретает молекулярную адресность для раковых клеток и не взаимодействует со здоровыми. Когда эти плазменные нанолазе- ры вводятся в организм, сначала они поодиночке или небольшими группами скапливаются на границе мембраны раковой клетки. А затем, после деся- тиминутной выдержки, проникают в цитоплазму. При этом они нагреваются, и их становится легко визуализиро- вать с помощью различных оптических методов. «Мы продемонстрировали режим генерации, связанный с формирова- нием вокруг этого спазера динами- ческого нанопузырька, что приводит к гигантскому лазерному эффекту с интенсивностью излучения в 100 раз большей и спектральной шириной раз в 30 ýже, чем для квантовых точек», — говорит заведующий лабораторией физики лазеров Института автоматики и электрометрии СО РАН доктор фи- зико-математических наук Александр Иванович Плеханов. Спазеры могут не только визуали- зировать раковые клетки, но и убивать их. При значительном превышении порога генерации излучения, за счет того, что металлическая сердцевина поглощает его, вокруг плазмона обра- зуется нанопузырек пара, который и разрушает опасную клетку, — сначала цитоплазму, потом мембрану. Причем всё это работает при энергиях даже ниже, чем требуется по стандартам лазерной безопасности. «Мы изучили цитотоксичность наших спазеров на растворе с клетка- ми рака молочной железы и выясни- ли: их содержание вплоть до десяти миллиграммов на миллилитр раствора (для достижения терапевтического эффекта необходимо гораздо меньше) не является опасным, — комментирует исследователь. — То есть когда спазе- ры заходят в раковую клетку, они ее не убивают. Но если воздействовать лазерным излучением, то она гибнет — из-за того, что образующаяся кон- струкция разрывает раковую клетку изнутри. В то же время они не реагиру- ют на нормальную клетку, независимо от того, есть там лазерное излучение или нет». Диагностический потенциал спа- зеров продемонстрирован и в опытахс раствором раковых клеток, и в экс- периментах на мышах — отмеченные раковые клетки в токах крови и лимфы отлично видны через живую ткань. «Таким образом, мы продемонстри- ровали универсальные функциональные возможности спазеров в различных биологических условиях (клеточные цитоплазмы, пробирки, ткани мышей в естественных условиях) и установили, что спазеры могут служить в качестве малотоксичных зондов с молекулярной специфичностью и высокой спектраль- ной яркостью, которой невозможно достичь с помощью квантовых точек. Удалось показать эффективность плазмонных нанолазеров как фототе- пловых и фотоакустических контраст- ных средств диагностики и терапии», — говорит Александр Плеханов. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы сделать спазер, кото- рый работал бы в инфракрасной об- ласти. Тогда станет возможным улуч- шить некоторые показатели, например такие, как прозрачность тканей. Соб. инф.