Ученые разработали самые маленькие в мире лазеры для борьбы с раком

Раковые клетки. Фото: Wellcome Collection

Ученые из США и России разработали мельчайшие плазмонные нанолазеры (спазеры), применение которым найдется в диагностике и лечении онкологических заболеваний. Об этом сообщает Вести.RU, ссылаясь на издание Сибирского отделения РАН "Наука в Сибири".

Ученые из США и России разработали мельчайшие плазмонные нанолазеры (спазеры), применение которым найдется в диагностике и лечении онкологических заболеваний. Об этом сообщает Вести.RU, ссылаясь на издание Сибирского отделения РАН "Наука в Сибири".

Исследователи из Арканзасского университета медицинских наук (США), Института автоматики и электрометрии СО РАН, Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН и Университета штата Джорджия (США) разработали 22-нанометровый спазер, способный генерировать когерентное оптическое излучение непосредственно внутри живых клеток и тканей организма. Его предлагается использовать в качестве сверхъяркого водорастворимого биологически совместимого зонда.

Этот плазмонный нанолазер складывается из нескольких составляющих: резонатора, представляющего 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 совпадает с плазмонным резонансом золотой наночастицы, хорошо растворим в воде и физиологическом растворе, благодаря чему широко используется в медицине). К оболочке "пришивается" фолиевая кислота - таким образом спазер приобретает молекулярную адресность для раковых клеток и не взаимодействует со здоровыми.

Когда эти плазменные нанолазеры вводятся в организм, сначала они поодиночке или небольшими группами скапливаются на границе мембраны раковой клетки. А затем, после десятиминутной выдержки, проникают в цитоплазму. При этом они нагреваются, и их становится легко визуализировать с помощью различных оптических методов.

Спазеры могут не только визуализировать раковые клетки, но и убивать их. При значительном превышении порога генерации излучения, за счёт того, что металлическая сердцевина поглощает его, вокруг плазмона образуется нанопузырек пара, который и разрушает опасную клетку - сначала цитоплазму, потом мембрану. Причем все это работает при энергиях более низких, чем указано в стандартах лазерной безопасности.

Диагностический потенциал спазеров продемонстрирован и в опытах с раствором раковых клеток, и в экспериментах на мышах: отмеченные раковые клетки в токах крови и лимфы отлично видны через живую ткань.

"Мы продемонстрировали универсальные функциональные возможности спазеров в различных биологических условиях - клеточные цитоплазмы, пробирки, ткани мышей в естественных условиях - и установили, что спазеры могут использоваться в качестве малотоксичных зондов с молекулярной специфичностью и высокой спектральной яркостью, которой невозможно достичь с помощью квантовых точек. Удалось показать эффективность плазмонных нанолазеров как фототепловых и фотоакустических контрастных средств диагностики и терапии", - заключает заведующий лабораторией физики лазеров Института автоматики и электрометрии СО РАН, доктор физико-математических наук Александр Плеханов.