En grupp MIPT-forskare tillsammans med sina kollegor från Moskva, Nizhny Novgorod, Australien och Nederländerna har genomfört den första systematiska studien som analyserar säkerheten hos så kallade upconversion-nanopartiklar som kan användas för att behandla hudcancer och andra hudsjukdomar. Denna studie är ett av de viktigaste stegen på vägen mot nya, säkra och effektiva metoder för att diagnostisera och behandla cancer.

Det var redan 1908 som den tyske naturforskaren och läkaren Paul Ehrlich kom på idén om en "magisk kula" - ett läkemedel som endast skulle bekämpa patogena mikrober eller cancerceller, utan att påverka de friska cellerna. Ett sekel senare, kemister och läkare är närmare än någonsin tidigare att förverkliga denna idé, tack vare nanoteknik.

Gå in i kroppen, nanopartiklar av vissa ämnen kan ackumuleras i tumörcellerna, "ignorerar" de friska. Det är möjligt att fästa molekyler av läkemedel eller diagnostiska medel till sådana nanopartiklar för att hitta cancerceller och förstöra dem utan att skada de andra cellerna i kroppen.

För det här syftet, forskare använder nanopartiklar av guld och ferromagnetiska material, värma upp dem med högfrekventa elektriska strömmar så att de dödar cancerceller från insidan. En av de mest lovande typerna av nanopartiklar för att diagnostisera och behandla cancer är så kallade upconversion nanopartiklar (UCNP). De omvandlar nära-infraröd strålning, som kan tränga djupt in i mänsklig vävnad, i synligt ljus, gör det möjligt att upptäcka cancerceller i kroppsvävnader, ändra dem och övervaka behandlingens framsteg. UCNP kan konfigureras så att de kommer att frigöra läkemedel med hjälp av ljus.

Dock, innan man utvecklar terapeutiska metoder baserade på användning av nanopartiklar, det måste avgöras om de orsakar någon skada på friska celler eller inte – det är ämnet för forskningen utförd av Elena Petersen och Inna Trusova från MIPT och deras kollegor från Moskva, Nizhny Novgorod, Australien och Nederländerna.

"Trots det faktum att det finns ett stort antal studier om UCNPs cytotoxicitet, alla är omständiga på ett sätt, eftersom studien av detta problem var perifer för deras författare, säger Petersen, chefen för Laboratory of Cellular and Molecular Technologies vid MIPT. "Vi har gjort den första systematiska studien av effekterna av nanopartiklar på celler."

Forskarna studerade egenskaperna hos en av de vanligaste typerna av UCNP, som härrör från natriumyttriumfluorid (Na[YF4]) dopad med de sällsynta jordartsmetallerna erbium och ytterbium. Gruppen testade hur dessa nanopartiklar absorberas av fibroblaster (cellerna i mänsklig bindväv) och keratinocyter (epidermala celler), och studerade hur nanopartiklar påverkar cellviabiliteten.

Resultaten visar att UCNPs cytotoxicitet beror på celltypen. De är inte giftiga för dermala fibroblaster och något giftiga för keratinocyter. Dock, toxiciteten för keratinocyter beror på koncentrationen av nanopartiklar, vilket innebär att dessa celler kan användas som en biologisk indikator för att utvärdera säkerheten för olika typer av UCNP.

Förutom de "nakna" nanopartiklarna, där testade forskare flera modifieringar av polymerbelagda nanopartiklar. I dessa fall, skillnaden mellan svaret från fibroblaster och keratinocyter var ännu högre - till exempel, partiklarna belagda med polyetylenimin störde keratinocyternas intracellulära metabolism, men hade ingen effekt på fibroblasterna. Gruppen identifierade de typer av polymerbeläggning som gjorde nanopartiklarna så säkra som möjligt.

"Denna studie är ett viktigt steg mot att använda UCNP för att diagnostisera och behandla hudcancer och andra hudsjukdomar, säger Petersen. Enligt henne, det finns redan studier av användningen av nanopartiklar för behandling av hudsjukdomar, men för att använda dem i stor skala, det är nödvändigt att bevisa att de är säkra och effektiva.