19:25 / 01.09.2017 Наука и техника

Микроскопические лазеры помогут убивать метастазы рака - The Economist

Picture

Ученые разработали терапевтические наномашины, которые могут обнаруживать и уничтожать клетки болезни с помощью безвредного лазерного луча.

Прошло более 50 лет после выхода на экраны "Фантастического путешествия". В фильме рассказывалось о том, как субмарину уменьшили вместе с экипажем врачей до размера молекулы, чтобы она могла совершить путешествие кровеносной системой и починить поврежденные ткани пациента.

Эта фантазия остается такой же абсурдной, как и в 1966 году, когда лента вышла в прокат. Но этого не скажешь об идее построения микроскопических терапевтических машин.

Об этом пишет The Economist, добавляя, что фильм мог вдохновить ученых сделать несколько таких образцов медицинской техники. Одни из них доставляют лекарства в нужные части тела пациентов. Другие направляют использованную энергию снаружи на ткани, которые нужно уничтожить. Такие микромашины сейчас получают необходимое одобрение для применения в клиниках.

Последняя из таких разработок была создана учеными Владимиром Жаровим из Университета Арканзаса и Марком Стокманом из Государственного университета Джорджии. Она предусматривает введение больным раком микроскопические машины с лазерами, которые будут выявлять и уничтожать так называемые блуждающие клетки опухолей - метастазы. Такие клетки оторвались от опухоли и разносятся по всему телу. Таким образом, пациенты после лечения могут снова заболеть раком.

Доктор Стокман называет созданные микроскопические лазеры "спазерами". Это сокращение расшифровывается как "поверхностно-плазменное усиление стимулированного излучения". Поверхностные плазмоны - это облако электронов, которое вибрирует над поверхностью-проводником. Спазеры генерируют ее в ответ на стимуляцию с помощью внешнего источника света.

Красные кровяные тельца, например, имеют диаметр около 7 тысяч нанометров. Спазеры же не больше 22 нанометров. Они состоят из золотого ядра диаметром 10 нанометров и силикатной оболочки с флюоресцентным красителем. Внешняя поверхность этой оболочки покрыта фолиевой кислотой.

Обычный лазер традиционно состоит из резонатора (обычно это отсек с зеркалами с каждой стороны, между которыми свет усиливается) и лазерного вещества, которое размещено между зеркалами и получает внешнюю энергию (тоже часто в виде света), которую применяет для усиления светового луча. В спазерах доктора Жарова и доктора Стокмана золото используется в качестве резонатора, а оболочка - как лазерное вещество. Вместо того, чтобы усиливать свет, система усиливает плазмоны, которые пульсируют вокруг поверхности золотой сферы. Фолиевая же кислота выступает в роли системы наведения. В отличие от большинства здоровых клеток, раковые клетки обычно покрыты молекулами-рецепторами фолиевой кислоты. Это позволяет спазерам подсоединяться к ним. Поэтому если спазеры будут введены в тело пациента с метастазами рака, они быстро обнаружат вредные клетки в крови или лимфе и прицепятся к ним. Лабораторные исследования показали, что десятки спазеров могут присоединиться к одной и той же клетке, которая их затем поглощает.

После этого спазеры внутри раковых клеток можно использовать как для диагностики, так и для уничтожения болезни. При облучении пациента слабым лазером через кожу или оптический зонд раковые клетки со спазерами начинают ярко светиться. Так можно обнаружить их расположение в теле. Если усилить внешний лазерный луч даже до неопасного для человека уровня, спазеры уничтожат клетки болезни.