Вчені розробили найменші у світі лазери для боротьби з раком
Вчені зі США та Росії розробили найдрібніші плазмонні нанолазери (спазери), застосування яких знайдеться у діагностиці та лікуванні онкологічних захворювань.
Дослідники з Арканзаського університету медичних наук (США), Інституту автоматики та електрометрії СО РАН, Інституту неорганічної хімії імені А. В. Ніколаєва СО РАН та Університету штату Джорджія (США) розробили 22-нанометровий спазер, здатний генерувати когерентне та тканин організму. Його пропонується використовувати як надяскравий водорозчинний біологічно сумісний зонд.
Цей плазмонний нанолазер складається з кількох складових: резонатора, що представляє собою частинку золота, яка підтримує плазмонний резонанс, та ізоійної ізопористої оболонки, заповненої барвником (у даному випадку - ураніном, він випромінює в області 520 - 530 нанометрів, що збігається з плазмонним резонансом. , добре розчинний у воді та фізіологічному розчині, завдяки чому широко використовується в медицині). До оболонки "пришивається" фолієва кислота - таким чином спазер набуває молекулярної адресності для ракових клітин і не взаємодіє зі здоровими.
Коли ці плазмові нанолазери вводяться в організм, спочатку вони поодинці чи невеликими групами накопичуються межі мембрани ракової клітини. А потім, після десятихвилинної витримки, проникають у цитоплазму. При цьому вони нагріваються, і їх легко візуалізують за допомогою різних оптичних методів.
Спазери можуть як візуалізувати ракові клітини, а й вбивати їх. При значному перевищенні порога генерації випромінювання, за рахунок того, що металева серцевина поглинає його, навколо плазмону утворюється нанопузирок пара, який і руйнує небезпечну клітину – спочатку цитоплазму, потім мембрану. Причому все це працює при більш низьких енергіях, ніж зазначено в стандартах лазерної безпеки.
Діагностичний потенціал спазерів продемонстрований і в дослідах з розчином ракових клітин, і в експериментах на мишах: відмічені ракові клітини в струмах крові та лімфи добре видно через живу тканину.
"Ми продемонстрували універсальні функціональні можливості спазерів у різних біологічних умовах - клітинні цитоплазми, пробірки, тканини мишей у природних умовах - і встановили, що спазери можуть використовуватися як малотоксичні зонди з молекулярною специфічністю і високою спектральною яскравістю, якої неможливо досягти за допомогою квантових точок. Вдалося показати ефективність плазмонних нанолазерів як фототеплових та фотоакустичних контрастних засобів діагностики та терапії", - робить висновок завідувач лабораторії фізики лазерів Інституту автоматики та електрометрії СО РАН, доктор фізико-математичних наук Олександр Плеханов.
