Золото и нанотехнологии
Наночастицы золота начали применять в медицине. В экспериментах на животных наночастицы золота вылечивали рак за счёт атрофии кровеносных сосудов опухоли. Главной целью исследований и являлась остановка этими частицами ангиогенеза в опухолях. Большинство применяемых ингибиторов ангиогенеза – антитела к фактору роста эндотелия сосудов (VEGF), молекулы которого стимулируют образование эндотелия в растущих кровеносных сосудах.
Эксперименты ученых клиники Рочестера (США, штат Миннесота) показали, что наночастицы золота блокировали функцию VEGF, не оказывая токсического действия на клетки. Это послужило основанием для предположения, что такие наночастицы можно использовать в качестве лекарства при лечении рака, но оно еще не проверялось на здоровых животных и человеке. Если же лечебное действие наночастиц окажется эффективным, их можно будет предложить как альтернативу ингибиторам ангиогенеза, у которых есть серьезные побочные действия.
Другое применение наночастиц золота в медицине – так называемая “золотая пуля” – лекарство, поражающее только болезнетворные частицы, и оставляющее нетронутыми клетки хозяина.
Этот подход может сработать полностью, если использовать золото в виде наночастиц. Подход уже оправдал себя в борьбе с токсоплазмой.
Клетки токсоплазмы (фото слева)
Наночастицы золота различной формы “наношары” и “нанопрутья” давно привлекают внимание ученых как потенциальные помощники в лечении целого спектра болезней. Золотые «нанопрутья» активно поглощают излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, для которого человеческое тело относительно прозрачно. Это делает их фототермальной терапии – избирательного разрушения патогенных агентов нагреванием.
Все это уже позволило использовать наночастицы из золота для уничтожения клеток раковых опухолей, а также внутриклеточных паразитов Toxoplasma gondii.
Такие внутриклеточные паразиты чрезвычайно распространены и у животных, и у людей. В разных странах им могут быть инфицированы от 10 до 90% населения. T.gondii способны вызвать опасное заболевание – токсоплазмоз. Заразив клетку хозяина, со временем токсоплазма становится причиной ее гибели, после чего новые частицы переносятся током крови, заражая соседние клетки и вновь начиная цикл смертоносного взаимодействия.
Для уничтожения паразитов использовались наночастицы золота в комплексе с антителами. Антитело позволяет селективно связываться с мишенью, после чего воздействие лазерного ИК-излучения приводит к перегреву и гибели токсоплазм. Как показали тесты, после такой обработке в опытных образцах погибали от 19 до 83% паразитов.
Применение наночастиц золота этим далеко не исчерпывается. Так, было показано, что их можно использовать в химическом катализе и в качестве универсального наноклея.
Ученые из Массачусетского университета установили, что наночастицы золота могут стабилизировать белковые энзимы на границах раздела сред вода-воздух — тем самым сфера применения энзимов значительно расширяется.
Свойства золотых наночастиц – шариков или «прутьев» — очень интересны. Ученые давно умеют манипулировать ими и пришивать к различным биомолекулам, в частности, антителам. Известно, что эти частицы отлично нагреваются инфракрасным светом подходящей частоты: в этом повинен так называемый плазмонный резонанс. Частота резонансных колебаний электронов связана с размером наночастицы, и именно у золотых прутков она может возбуждаться ИК-светом. При этом, волны такой длины достаточно свободно проходят сквозь тело человека. Воспользоваться этими свойствами золотых наночастиц решили нидерландские ученые во главе с профессоромТон ванн Лёвеном (Ton van Leeuwen).
Они ведут разработку и совершенствование метода идентификации раковых клеток на ранних этапах заболевания. Небольшие опухоли трудно «выловить» обычными способами – рентгеном или магнитным резонансом. Однако совсем другое дело получается, если ввести в организм препарат из золотых наночастиц с приделанными к ним антителами к раковым клеткам. Антитела прочно прикрепляют частицу к мишени, а под импульсами ИК-лазера наночастицы нагреваются и расширяются. Процесс сопровождается появлением ультразвука, который можно легко зафиксировать. Получается, что раковую опухоль заставят «звучать» под лазерным лучом.
Учёные изучают и другие возможности применения золотых наночастиц. Например, прикрепленную антителами к раковой клетке частицу можно нагреть до температуры выше 100ОС, уничтожив саму клетку. Нагрев может и заставить открыться капсулу с противораковым препаратом, который будет доставлен точно к месту назначения.
Ещё одно применение наночастиц золота – конструирование микрочипов. Ученые из сингапурского университета Наньянг впервые продемонстрировали память на гибкой пластиковой основе, роль запоминающих ячеек в которой выполняют наночастицы золота. Конструкция этого устройства стала возможной с появлением технологии самосборки наночастиц золота в органическом растворе. Объединив наноструктуры с пентаценом, ученые намерены получить не только блоки органической памяти, но и другую микроэлектронику в подобном исполнении. Кроме того, она будет совместима с обычной кремниевой. Одной из побочных целей исследователей было создание органических светодиодных панелей для их дальнейшего использования в телевизионной технике и компьютерных дисплеях. Ученые уверены, что им вскоре удастся разработать технологию массового производства органической электроники на основе самосборки золотых наночастиц и создать «органическую» память, совместимую с современными мультимедийными устройствами.
К.х.н. О.В. Мосин