Светящиеся наночастицы PersL облегчат отслеживание пути движения лекарств в организме.

Наночастицы PersL светятся не только под лампой, но и долго после её выключения — в инфракрасном свете, который лучше проникает в ткани. Исследования физиков из Вроцлава показывают, что их сигнал остаётся читаемым при контакте с белками крови, а тщательно подобранное поверхностное покрытие обеспечивает более безопасное отслеживание лекарственных препаратов.

Биовизуализация включает в себя получение изображений клеток и тканей в лабораторных условиях и в доклинических исследованиях. Она используется для наблюдения за тем, куда доставляются лекарства, как ведут себя клетки и возникает ли воспаление. Чаще всего используются светящиеся «метки» (зонды), которые прикрепляются к молекулам или клеткам. При этом возникают две проблемы: сами ткани слабо светятся (автофлуоресценция), а также рассеивают свет, что приводит к потере контрастности изображения. В идеале хотелось бы, чтобы маркер («метка») давал сильный, чёткий сигнал и действовал предсказуемо в присутствии белков крови, поскольку это первые белки, с которыми он контактирует.

Здесь вступает в игру явление PersL – свечение наночастиц (ZnGa2O4:Cr3+), которое, подобно флуоресцентным наклейкам, сохраняется после выключения подсветки. Сначала маркер заряжается светом, а затем изображение регистрируется в темноте, когда фон ткани минимален. Вещества, испускающие это излучение в так называемом биологическом окне, то есть в инфракрасном (примерно 700–950 нм), обладают дополнительным преимуществом: такой свет легче проходит через ткань. Одним из наиболее перспективных материалов PersL являются наночастицы ZnGa2O4, легированные хромом (ZGO:Cr3+), которые светятся в этой области и также обладают высокой химической стабильностью. Их также можно считывать, повторно возбуждая ткань слабым светом (оптически стимулированная люминесценция), что продлевает срок службы маркера.

Авторы исследования из Института низкотемпературных и структурных исследований во Вроцлаве в сотрудничестве с группами из Франции и Бельгии изучили поведение ZGO:Cr3+ при воздействии альбумина, наиболее распространённого белка крови (в качестве модели использовался бычий альбумин, БСА). Они подготовили три версии наночастиц: синтезированные, после обжига при 650 °C (что обеспечивает более упорядоченную структуру) и с нанесенным на поверхность покрытием из олеиновой кислоты (обеспечивающим сильный отрицательный заряд и улучшенную дисперсию в воде). Диаметр всех частиц составлял приблизительно 10–20 нм, и под микроскопом версия с покрытием имела видимый «ореол» (свечение) вокруг частиц.

При освещении фиолетовым светом (405 нм) наночастицы ZGO:Cr3+ светились типичными линиями хрома — около 685/694/707 нм. После запекания материала эти линии разделялись более чётко, что означало более чистый сигнал. Важно отметить, что свечение сохранялось даже при смешивании с альбумином (моделью белка крови), который обеспечивает получение высококонтрастных клинических изображений. Сам белок не отдавал заметной энергии наночастицам, поскольку среднее время его освещения изменялось минимально — примерно от 6,05 до 6,35 нс.

Влияние на искажение формы альбумина оценивали с помощью рамановской спектроскопии, исследуя спектр, чувствительный к числу «альфа-спиралей» — упорядоченных спиралей в белке (так называемая полоса амида I). После сжигания доля этих спиралей в частицах несколько увеличивалась, что свидетельствовало о небольшой стабилизации белка. Частицы с оболочкой из олеиновой кислоты уменьшали долю спиралей, что свидетельствовало о частичном разворачивании. Вывод прост: сила эффекта определяется химией поверхности — типом покрытия и его зарядом.

На практике смесь альбумина и частиц становилась мутной после выпекания и оставалась мутной, что указывает на более крупные скопления этих частиц и потенциально может представлять проблему. С другой стороны, частицы с покрытием образовывали стабильную суспензию (что хорошо), но значительно изменяли форму белка (что плохо). Это классический компромисс между устойчивостью в воде и бережным отношением к белкам.

Согласно статье, опубликованной авторами исследования в журнале Journal of Molecular Structure (doi: 10.1016/j.molstruc.2025.144081), проект находится на стадии подготовки к реализации. До сих пор использовались чистая вода и модельные белки, а точность измерений могла быть обеспечена только в лабораторных условиях. Однако у нас есть чёткие данные о том, что ZGO:Cr3+ обеспечивает стабильный инфракрасный сигнал даже в присутствии белков. Поверхность частиц должна быть выбрана таким образом, чтобы ограничить изменения их структуры (соответствующее покрытие и заряд). Следующие этапы включают испытания с другими сывороточными белками, мониторинг естественной «белковой короны», образующейся на частицах, и исследования в более сложных биологических системах.

С точки зрения применения это может привести к получению более четких диагностических изображений (меньше фоновой засветки), сокращению времени экспозиции образцов, более точному отслеживанию переносчиков лекарств и, в долгосрочной перспективе, к лучшему планированию лечения и более быстрому обнаружению очагов заболевания. (PAP)

Наука в Польше

кмп/ зан/

Фонд PAP разрешает бесплатную перепечатку статей с сайта «Nauka w Polsce» при условии ежемесячного уведомления нас по электронной почте об использовании сайта и указания источника статьи. На порталах и веб-сайтах, пожалуйста, указывайте адрес ссылки: Источник: naukawpolsce.pl, а в журналах — аннотацию: Источник: сайт «Nauka w Polsce» — naukawpolsce.pl. Данное разрешение не распространяется на информацию в категории «Мир», а также на фотографии и видеоматериалы.