Доктор физико-математических наук, профессор Марийского госуниверситета Геннадий Миронов разрабатывает новые методики диагностики и лечения раковых заболеваний с использованием последних достижений в области исследования наносистем золота.
Рак – одна из трех основных причин смертности в Марий Эл и в России. Характерным признаком болезни является быстрое образование аномальных клеток, прорастающих за пределы своих обычных границ. Этот процесс, называемый метастазом, приводит к смерти.
В настоящее время в мире живут около 44 миллионов человек, находящихся в состоянии, при котором симптомы ослабевают или полностью исчезают, а состояние пациента стабилизируется. Это не всегда означает полное излечение, но позволяет вести почти привычный образ жизни после онкологического диагноза.
Рано выявленный рак чаще поддается лечению эффективными методами, которые повышают шансы на выживание больного, легче переносятся, а зачастую отличаются меньшей дороговизной и интенсивностью воздействия. Важнейшее значение при лечении рака имеет точный диагноз, поскольку каждый вид рака требует особой схемы терапии.
Методы лечения коварного заболевания изучаются учеными в разных точках мира. В Йошкар-Оле глобальный для всего человечества вопрос исследует заведующий кафедрой физики и материаловедения МарГУ Геннадий Миронов. В работах, опубликованных в научных журналах, профессор показывает, как для диагностики и лечения раковых заболеваний можно использовать многообразие свойств золота на наноуровне.
«Блуждающий» металл
– Полые золотые наносистемы обладают удивительными физико-химическими свойствами, – пишет Геннадий Миронов. – Причем по мере изменения размера наносистемы свойства золота также подвергаются изменению.Теоретические расчеты показывают, что золотые наносистемы в области перехода от состояния полупроводника к металлическому состоянию обладают способностью поглощать излучение в ближней инфракрасной области спектра. При этом инфракрасное излучение в этой области спектра может проходить через мягкие ткани и кровеносные сосуды человеческого организма на достаточно большую глубину.
Наряду с этим вычисление энергии основного состояния показало, что тороид из атомов золота обладает одновременно как донорными, так и акцепторными свойствами, что весьма необычно. Это необычное свойство приводит к тому, что золотой тороид при внедрении в организм в виде инъекции, как благородный металл будет «блуждать» по организму, не вступая во взаимодействие со здоровыми клетками организма. Но при наличии в организме новообразования тороид вступает во взаимодействие с раковыми клетками и аккумулируется на поверхности этих клеток.
Геннадий Миронов отмечает, что такое явление можно использовать для диагностики рака, направив на область новообразования лазерное излучение, соответствующее резонансному пику спектра оптического поглощения золотой наносистемы. В этом случае тороиды будут выполнять роль агента для визуализации рака, позволяя провести оконтуривание области новообразования даже в случае самой ранней стадии заболевания, когда магнитная томография еще не может обнаружить рак, поскольку количество больных клеток незначительное, недостаточное для формирования видимого на экране монитора сигнала ядерного магнитного резонанса.
Наносистемы золота являются лучшими доступными агентами для визуализации благодаря их биоинертности и способности обеспечивать повышенное пространственное и временное разрешения для визуализации. Таким образом мы можем достичь цели как можно более раннего диагностирования наличия опухолевых клеток, что эффективно скажется на лечении рака.
Синергетическая терапия
Но диагностика – полдела. Исследователь показывает, «как можно лечить раковые заболевания с помощью золотых наносистем, включая метод, использующий так называемый синергетический эффект, когда для лечения рака одновременно используются несколько факторов, усиливающих лечебный эффект».
– Например, поместим перед инъекцией в организм тороиды в физиологическую среду, содержащую, во-первых, рецепторы (онкомаркеры), которые выделяются при превращении здоровых клеток в раковые, во-вторых, лекарства, убивающие раковые клетки (эти лекарства могут убивать не только раковые клетки, но и нормальные тоже, поэтому необходимо адресно доставить эти химфармпрепараты в зону новообразования), – пишет профессор. – За счет указанных выше свойств золотых наносистем на тороиды будут осаждаться рецепторы и молекулы лекарства. После инъекции тороиды, «ведомые» рецепторами, адресно доставят лекарство, аккумулируясь на поверхности раковых клеток. Если на область сосредоточения раковых клеток и тороидов направить интенсивное инфракрасное лазерное излучение, тороиды, поглощая это излучение, будут нагреваться, они могут довести локальную температуру до 42, обеспечивая уничтожение раковых клеток за счет такой термотерапии вкупе с воздействием лекарства. При такой синергетической терапии отрицательный эффект от химиотерапии можно свести к минимуму.
Идеальная модель
По словам Геннадия Миронова, исследованием золотых наносистем он начал в рамках объяснения особенностей электронной структуры золотых наносистем как систем с сильными электронными корреляциями. Однако после того, как в 2015 году за рубежом появились экспериментальные работы по использованию металлических наночастиц для диагностики раковых заболеваний без объяснения причин, почему эти частицы можно и нужно применять при диагностике рака, целью работы профессора стало построение теории в рамках квантовой теории поля, позволяющей адекватно объяснить физико-химические свойства золотых наносистем и возможности их применения.
– Было понятно, что теоретическое объяснение явлений, происходящих с участием золотых наночастиц, позволит построить идеальную наноструктурную модель, позволяющую эффективно применять золотые наночастицы для диагностики и лечения рака, – отмечает Миронов. И добавляет, что в отличие от известных работ его исследование объясняет все явления с помощью формул, графиков и законов наномира, нанотехнологий.
Впереди у Геннадия Миронова и Марийского государственного университета не менее ответственный этап – начало работ по синтезу материалов, получение лицензий, проведение опытов на крысах и создание работающей клиники по диагностике и лечению рака в рамках клиники МарГУ.
Ранее мы рассказывали о самом молодом в России на момент защиты диссертации докторе биологических наук в области ветеринарной фармакологии и токсикологии, доценте, заведующем кафедрой технологии производства продукции животноводства аграрно-технологического института МарГУ Сергее Смоленцеве.
Фото предоставлено МарГУ
