За последние годы нанотехнологии превратились из нового научного направления в мощную индустрию. Совместное применение лазеров и наноматериалов для решения биомедицинских задач показало высокий потенциал такого подхода. С точки зрения применения для медицины лидирующее положение занимают наночастицы золота, которые нетоксичны для здоровых органов и тканей и безопасны для организма человека. Более того, с точки зрения оптической физики они обладают уникальными свойствами — сильно поглощают лазерное излучение на определенных длинах волн за счет плазмонного резонанса. Это явление позволяет использовать их как своеобразные преобразователи поглощенной оптической энергии в тепловую. Кроме того, благодаря возможности настройки спектрального положения и амплитуды плазмонного резонанса за счет изменения формы и структуры золотых наночастиц возможно создание последних с заранее заданными оптическими свойствами. Конъюгированные со специфическими к раковым клеткам антителами, они представляют очень перспективную платформу для развития новых методов диагностики и уничтожения злокачественных новообразований.

Разработанные ранее фототермические терапевтические методы продемонстрировали возможность разрушения раковых клеток за счет нагрева золотых наночастиц в результате воздействия лазерного излучения. Однако до сих пор основным ограничением их применимости на практике является проблема нежелательного нагрева близлежащих, в том числе нормальных, тканей, вызывающего их повреждение.
Ученые из лаборатории лазерных цитотехнологий Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова разработали принципиально новую технологию диагностики и лечения онкологических заболеваний на уровне отдельных клеток путем лазерного нанотермолиза клеток — ЛАНТЕК. Процесс выглядит следующим образом: в раковые клетки селективно вводятся золотые наночастицы, которые во много раз меньше самих клеток и служат источниками тепла при поглощении короткого лазерного импульса, при этом вокруг наночастиц генерируются микропузыри, происходит локальный микровзрыв, который уничтожает отдельные раковые клетки и не повреждает соседние здоровые. Основными преимуществами такой технологии являются: воздействие на отдельные клетки; высокие чувствительность диагностики и эффективность разрушения раковых клеток; механическое, а не тепловое разрушение отдельных клеток. Варьируя плотность энергии воздействующего на клетки с наночастицами лазерного излучения, можно изменять размеры генерируемых микропузырьков и таким образом детектировать клетки-мишени в неинвазивном режиме воздействия лазера на клетки либо уничтожать отдельные раковые клетки. Кроме того, оптические свойства микропузырей позволяют использовать их в роли оптических маркеров для контроля в реальном времени эффективности разрушения опухолевых клеток.
Для определения эффективности и применимости технологии ЛАНТЕК ученые Института тепло- и массообмена работают совместно с Институтом физиологии НАН Беларуси, Республиканским центром трансплантологии и клеточных биотехнологий на базе 9-й городской клинической больницы и др. Так, например, для лечения лейкозов может использоваться метод аутотрансплантации костного мозга, при этом существует необходимость очистки трансплантата от опухолевых клеток. Здесь применима технология ЛАНТЕК для очистки костного мозга от отдельных раковых клеток.
Белорусские ученые также предложили использовать золотые наночастицы для реканализации артерий при атеросклерозе. В институте создается экспериментальная лазерная система, которая позволит проводить лабораторные исследования на сегментах сосудов. По принципу технологии
ЛАНТЕК в артерию струей станут подавать золотые наночастицы, облучать их лазером и генерировать микропузырьки в акклюзии, которые, в свою очередь, будут постепенно механически повреждать ткань акклюзии, что таким образом позволит восстанавливать кровоток.
Работы создателей ЛАНТЕК признают не только в нашей стране, но и за рубежом. Руководитель проекта доктор физико-математических наук Дмитрий Лапотко на базе лаборатории лазерных цитотехнологий создал совместную белорусско-американскую лабораторию фундаментальной нанофотоники и ее применения для здравоохранения. Учрежденная с одним из ведущих в области развития нанотехнологий Университетом У. Райса (США), лаборатория занимается исследованиями в таких областях, как нанотехнологии, нанофотоника, биофотоника и наномедицина.
Конечно, до внедрения ЛАНТЕК в повседневную практику клиник еще далеко, ведь любая методика перед применением проходит несколько этапов: сначала лабораторные исследования, а затем достаточно длительные доклинические и клинические испытания. Сегодня ЛАНТЕК проходит тестирование на несколько необычных объектах: в рамках научной работы совместной белорусско-американской лаборатории фундаментальной нанофотоники осуществляется апробация технологии на рыбках данио рерио. Научный сотрудник лаборатории кандидат физико-математических наук Екатерина Глеб объясняет это тем, что эти рыбки широко используются в качестве модельных организмов, в том числе для исследования токсичности наноматериалов, безопасности новых лазерных технологий и пр., и сложно найти лучший объект для испытаний: «В рыбок инжектировали 4 нл суспензии золотых наночастиц, после чего место инжектирования подвергали воздействию лазерного излучения, в результате которого в живом организме генерировались нано- и микропузырьки. Затем подвергшиеся воздействию рыбки помещались в свою обычную среду обитания, и, как оказалось, ни одна из них не погибла. Таким образом нам удалось применить нашу технологию в живом организме. И первые результаты таких опытов оказались положительными».
ЛАНТЕК — белорусская инновация. Статьи отечественных исследователей на эту тему публикуются в крупнейших научных журналах мира и активно цитируются другими авторами, что свидетельствует о значимости данных разработок. К слову, за изобретение лекарства от рака назначена Нобелевская премия. Кто знает, может быть, ее получат ученые НАН Беларуси?
Экскурс в историю
Золото — один из первых металлов, известных человеку. Уже в глубокой древности его ценность была очень велика. Алхимики называли его царем металлов и обозначали символом Солнца. С давних пор золото считали лекарством. Предполагали, что оно избавляет от болей в сердце, душевных расстройств. Идею введения этого металла в медицину приписывают Парацельсу, который говорил, что «не превращение металлов в золото должно быть целью химии, а приготовление лекарств». В Древней Греции с помощью золотых и медных пластин лечили опухоли и воспаления, а богатые люди после сытного обеда обязательно съедали тоненькую золотую пластину для улучшения пищеварения.
Современной наукой доказано, что золото содержится в крови каждого человека. И хотя концентрация его в организме чрезвычайно мала, врачи-гомеопаты утверждают, что и в таких количествах этот металл физиологически активен.