Лазерный мир

Российские ученые исследовали возможность использования кремниевых наночастиц для терапии раковых опухолей на примере рака кожи. Ученые смоделировали процесс локальной гипертермии — прицельного нагрева тканей до таких температур, при которых новообразование погибает. Оказалось, что кремниевые наночастицы могут усиливать нагрев опухоли, при этом здоровое окружение не повреждается. Статья опубликована в журнале Photonics.

Пи гипертермии рака опухоль нагревается до высоких температур (около 42 °С), при которых раковые клетки погибают. Повысить температуру можно разными способами, но применение лазера позволяет добиться точечного результата. Однако лазерное излучение должно по-разному влиять на больные и здоровые ткани. Для этого необходимо изменить их оптические характеристики. Один из способов — ввести в опухоль кремниевые наночастицы, которые изменят свойства ее ткани и заставят сильнее поглощать излучение.

Чтобы подобрать оптимальные параметры лазерного воздействия, ученые из МГУ и их коллеги использовали компьютерное моделирование. Сначала авторы смоделировали оптические характеристики наночастиц и тканей, рассчитывали их коэффициенты рассеяния и поглощения. После они рассчитали поглощение излучения в объеме опухоли и здоровой ткани. Это позволило рассчитать нагрев в каждой точке модельного объекта и получить трехмерную температурную карту.

Ученые выяснили, что оптимальный размер лазерного пучка должен быть примерно равен диаметру облучаемой опухоли. Глубина проникновения лазерного излучения красного цвета в ткани организма не более 1 сантиметра — это значит, что опухоль должна располагаться близко к поверхности кожи. В качестве модельного объекта ученые выбрали базальноклеточную карциному — распространенный тип рака кожи. Результаты моделирования показали, что достаточный температурный контраст между клетками опухоли и окружающими клетками здоровой ткани составляет до 5 °C, то есть карциному можно уничтожить лазерным нагревом до 42 °C. Здоровые ткани при этом останутся целыми.

«Ранее мы экспериментально получили так называемые водные и этанольные суспензии наночастиц, данные об их размерах и оптических свойствах были использованы для компьютерного моделирования. У этих двух типов наночастиц разные оптические характеристики: водные и поглощают лучше, и рассеивают лучше, а этанольные напротив: хуже поглощают и хуже рассеивают. В результате моделирования выяснилось, что для нашей задачи больше подходят именно этанольные суспензии наночастиц, потому что они позволяют излучению глубже проникнуть в ткань из-за меньшего рассеяния, и в итоге опухоль сильнее нагревается», — рассказывает первый автор статьи Ольга Соколовская.

Результаты работы стали важным шагом перед проведением реальных экспериментов. В ближайшем будущем планируются экспериментальные работы с использованием агаровых фантомов биотканей — они позволят смоделировать ткани организма и их нагрев в зависимости от введения кремниевых наночастиц.

Источник: https://inscience.news/ru/article/russian-science/8808