Сверхчувствительные молекулярные термометры для медицины создал российско-финский коллектив ученых с участием специалистов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»). По словам авторов, уникальная разработка повысит точность и эффективность терапии различных опухолей. Результаты опубликованы в журнале Materials & Design.
Некоторые перспективные методы лечения опухолей — например, фотодинамическая и фототермическая терапии, при которых клетки опухоли подвергаются воздействию нагрева — требуют точного регулярного измерения температуры живых систем на уровне отдельных молекул.
Например, при фотодинамической терапии опухоль облучают лазером для активации заранее введенного лекарства, что приводит к нагреву опухолевой ткани. Однако для получения терапевтического ответа опухоль можно нагревать до
Теоретические расчеты и существующие термометры, по словам ученых, весьма неудобны и не обеспечивают высокой точности измерений. Решая эту проблему, коллектив специалистов с участием ученых НИТУ «МИСиС» синтезировал вещества, которые могут работать как сверхточные термометры на молекулярном уровне.
«Молекулярные термометры — класс веществ, оптические характеристики которых меняются вместе с температурой. Мы синтезировали два таких вещества и изучили их люминесцентные свойства. При нагреве спектр их испускания и „время жизни“ флуоресценции меняется — этого достаточно, чтобы фиксировать изменения температуры с точностью до 0.1 градуса. Считывание температуры происходит на том же оборудовании, которое применяется для облучения введенного препарата», — рассказал эксперт лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Роман Акасов.
Синтезированные вещества относятся к хорошо изученному классу водорастворимых порфиринов, и, по словам авторов исследования, отличаются от других молекулярных термометров простотой синтеза и модификации. В организме порфирины входят в состав небелковой части молекулы гемоглобина.
Оценив токсичность полученных термометров, ученые обнаружили, что одно из соединений при облучении лазером становится достаточно ядовито для тканей тела. По словам авторов, такое сочетание позволит использовать вещество не только как молекулярный термометр, но и как полноценный фотодинамический препарат со встроенной термометрией, способный бороться с опухолевыми клетками.
В исследовании приняли участие ученые Санкт-Петербургского государственного университета, Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН, Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН, Технологического университета Лаппеэнранта (Финляндия), НИТУ «МИСиС», Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова, Поволжского государственного технологического университета.
Ближайшая задача ученых — детальное исследование фотофизических свойств полученных порфиринов при длительном облучении в ходе фотодинамической терапии. Также научный коллектив планирует продолжить поиск новых препаратов комбинированного действия.
