Еще несколько десятков лет назад диагноз «рак» звучал как приговор, но сейчас многое изменилось: большинство видов рака поддаются лечению и люди, которые раньше могли рассчитывать только на сочувствие, получают долгие годы активной и счастливой жизни. К сожалению, не все онкологические заболевания поддаются лечению с достаточной эффективностью.

- Сейчас мы разрабатываем эффективный метод борьбы с раком мозга при помощи наночастиц, - рассказывает доктор физико-математических наук, научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий ЮЗГУ Максим Пугачевский. – Мы уже пришли к выводу, что метод работает на органических системах. Следующий этап – работа с живыми культурами клеток.

Изучать свойства наноматериалов ученый начал более 10 лет назад. Начинал свои исследования еще в Дальневосточном университете Хабаровска. Его разработки заинтересовали директора Регионального центра нанотехнологий ЮЗГУ Александра Кузьменко и ректора университета Сергея Емельянова.

- Получив приглашение на работу в РЦН, я, не раздумывая, согласился. В итоге- не прогадал. Возможности и оснащение научного центра РЦН в ЮЗГУ приятно удивили. Наличие современного оборудования позволило быстро приступить к реализации моих научных идей. И результат не заставил себя долго ждать. Был разработан важнейший проект по получению аблированных наночастиц, с уникальными физическими и биохимическими свойствами.

Это была длинная дорога от мечты к первому работающему прототипу. И это не просто красивый оборот: в стремлении разработать необходимые наночастицы Максим Пугачевский вместе с семьей преодолел 9000 км по дорогам России с Дальнего Востока в Курск на своей машине.

- Нисколько не пожалел о своем решении ехать на машине, поскольку на своем пути по просторам Родины увидел просто потрясающие картины: красоту и величие озера Байкал, монументальность красноярских столбов, разнообразие и схожесть десятков городов страны.

Секрет – лазерная абляция

Основная причина массового изучения нанотехнологий заключается в том, что наноразмерность позволяет менять свойства исходных материалов. Правда есть нюанс: предугадать улучшится ли свойство или, наоборот, ухудшится, достаточно сложно. Благодаря применению метода лазерной абляции, который использует Максим Пугачевский, к изменениям, характерным для наномасштабных преобразований, можно добавлять и некоторые другие свойства.

- Сейчас большинство наноматериалов создается химическими методами. Применяя метод лазерной абляции, мы можем получать частицы с уникальными свойствами не только за счет их размера, но и особенностей их структуры, - пояснил Максим Александрович. - «Кристаллические дефекты», получаемые в процессе лазерной абляции, придают частицам ряд особенных свойств. Возьмем, к примеру, диоксид циркония или его химический аналог – диоксид гафния. Они легко синтезируются химически, но являются полиморфными веществами, то есть могут менять свою структуру в зависимости от температуры. При комнатной - они имеют моноклинную структуру, при повышении – тетрагональную, а затем и кубическую. И эти переходы существенно снижают срок службы материала. Во всем мире с этим борются за счет добавления химических добавок, но они влияют на свойства исходного материала. Мой метод позволяет изначально получить высокотемпературную структуру материала за счет формирования в них «дефектов». Благодаря этому, материал может находиться изначально в кубической фазе при комнатной температуре. Тем самым мы получаем материал, сохраняющий необходимые свойства без использования добавок.

Контролируемая ошибка

Таким образом, дефекты могут нести полезные свойства. С этой мыслью Максим Пугачевский решил применить свои знания в медицине. Методом лазерной абляции ему удалось получить наночастицы диоксида церия. Этот материал используют в медицине уже давно. Ученые изучили его уникальные антиоксидантные свойства в биологических системах. Он способен уничтожать активные формы кислорода. И его легко синтезируют химическим способом. К сожалению, из-за своего небольшого размера наночастицы быстро агломерируются, то есть объединяются между собой. Быть вместе им энергетически выгодней, чем существовать раздельно. Для решения этой проблемы в материал также включают различные добавки. Метод лазерной абляции способен генерировать частицы с кристаллическими дефектами, стабилизирующими состояние наночастиц. Это позволит в будущем создавать очень эффективные нанолекарства, которые можно будет продавать в обычных аптеках.

И именно на антиоксидантных свойствах материалов построена главная разработка Максима Пугачевского. Он предложил инновационный подход к лечению рака мозга.

- Мы изучаем свойства наших материалов для последующего внедрения технологии именно для лечения рака мозга, - рассказывает ученый. – Это самый опасный вид рака и мы думаем, что его можно вылечить с минимальными осложнениями. Для этого мы будем использовать фотодинамическую терапию.

Это также уже известный метод лечения онкологических заболеваний, некоторых заболеваний кожи или инфекционных заболеваний, основанный на применении светочувствительных веществ — фотосенсибилизаторов и света определённой длины волны. Идея в том, чтобы свести в одном месте не токсичные по отдельности компоненты. А затем запустить реакцию. Это помогает уничтожить опухоль, но вместе с ней умирает и огромное количество здоровых клеток. Для мозга и организма человека в целом это – фатально.

Здесь на помощь должны прийти наночастицы, полученные методом лазерной абляции. По задумке автора метода, частицы диоксида церия и диоксида титана будут внедряться в организм. Клетки рака, с присущей им от природы жадностью, будут впитывать все, что попадается на их пути. В том числе и введенные наночастицы. Дальше будет задействовано еще одно важное свойство раковых клеток – активный кислородный обмен. Этим и пользуется ученый: диоксид церия включает избирательно действующий антиоксидантный цикл и становится защитником здоровых клеток, а в это время другой компонент, диоксид титана, эффективно уничтожает раковые клетки. Но для начала реакции необходимо донести источник света до раковой опухоли. Для этого будет использоваться оптоволокно. Его свойства позволяют сделать инструмент сравнимый с толщиной человеческого волоса, способный передавать света нужной длины. Таким образом, вся операция становится максимально безопасной.

- Как я уже говорил – технология доказала свою эффективность на органических системах, сейчас мы переходим на живые культуры клеток. Если и здесь метод докажет свою эффективность, то будем думать об экспериментах на животных. И это будет уже прорыв в лечении рака мозга!

В настоящий момент стартовали исследования частиц в биологических экспериментах на опухолевых тканях и культурах раковых клеток. Тестирование проводится на базе корейских университетов Квангвун и Кёнхи, договоренности о совместной работе с которыми были достигнуты на престижной международной конференции IBRO-2019, проходившей в Южной Корее. Нужно отметить, что в связи с необходимостью проведения тестовых экспериментов на нескольких поколениях клеточных культур первые результаты могут быть достоверно озвучены только в ближайшие 6-9 месяцев. Однако, при получении положительного результата этот проект будет иметь большое значение для терапии нейродегенеративных и онкологических заболеваний.

#ЮЗГУ #Пресс_служба_ЮЗГУ #SWSU #SWSUnews