Диссертация

Проблема терапии онкологических заболеваний остро стоит перед учеными и врачами в мире. Ежегодное количество диагностированных случаев онкологических заболеваний составляет около 10 миллионов в год и постоянно увеличивается. Такое количество обуславливается, как увеличением влияния канцерогенных веществ, в связи с индустриализацией производства, так и совершенствованием методов диагностики. При этом проблема терапии онкологических до конца не решена, на смотря отдельные успехи в этом направлении. Основными препятствиями на пути к успешной терапии онкологических заболеваний являются: 1) низкая специфичность методов терапии широкого спектра, таких как химиотерапия и лучевая терапия; 2) высокие риски побочных эффектов при использовании существующих методов терапии; 3) наличие химиорезистентности у ряда опухолевых заболеваний, зачастую индивидуальных у каждого конкретного пациента 4) высокое сродство опухолевых клеток (тканей) со здоровыми. Одним из инновационных методов терапии рака является ФДТ. ФДТ — это стратегия лечения, при которой используется соединение, называемое фотосенсибилизатор, в комбинации со световым излучением. Когда фотосенсибилизаторы подвергаются воздействию света определенной длины волны, они производят АФК, которые токсичны для клеток. ФДТ была признана безопасным методом абляции опухоли при многочисленных показаниях к терапии онкологических заболеваний. К преимуществам ФДТ можно отнести достаточно высокую специфичность метода, так как за счет локального воздействия света образование АФК происходит только в зоне опухолевого очага, не затрагивая здоровые органы и ткани. Кроме того, используемые в ФДТ молекулы фотосенсибилизатора подобраны так, чтобы обладать низкой токсичностью в отсутствие света (так называемой «темновой» токсичностью) для минимизации возможных побочных эффектов, связанных с введением фотосенсибилизатора. Важно подчеркнуть и возможность сочетания с другими методами лечения рака, например, химиотерапией. Как и у всех методов терапии у ФДТ имеются недостатки: для успешной ФДТ необходимо, чтобы облучение светом было проведено при максимальном накоплении фотосенсибилизатора в опухоли, что требует отслеживания накопления фотосенсибилизатора в опухоли для выбора оптимального «временного окна» для облучения светом. На сегодняшний день эта проблема решается благодаря наличию собственной флуоресценции у молекул фотосенсибилизатора, что позволяет использовать одну и ту же молекулу и как терапевтический, и как диагностический агент. Однако данная стратегия имеет ряд ограничений: 1) при возбуждении светом возникают два взаимоисключающих варианта «использования» энергии кванта света фотосенсибилизатора - возможность флуоресцировать или продуцировать АФК, что ограничивает внедрение новых классов фотосенсибилизаторов, обладающих высокими квантовыми выходами синглетного кислорода, но крайне слабой флуоресценцией, из-за невозможности оценить их максимальное накопления в опухоли для точечного воздействия; 2) низкие значения Стоксовского сдвига у ряда фотосенсибилизаторов ограничивают возможность детекции их флуоресценции в опухоли. Решить проблему низкой интенсивности флуоресценции фотосенсибилизаторов, обладающих высоким квантовым выходом синглетного кислорода, можно совместив в одной платформе фотосенсибилизатор и флуоресцентную метку – флуорофор для одновременного использования ФДТ и ФД. Однако, при комбинации фотосенсибилизатора и флуорофора в одной структуре возникает проблема с безызлучательным переносом энергии – проблема Фёрстеровского безызлучательного переноса энергии (FRET). В случае переноса энергии с флуорофора на фотосенсибилизатор будет уменьшаться интенсивность флуоресценции, что приведет к невозможности детекции накопления препарата в опухоли, а в случае переноса энергии с фотосенсибилизатора на флуорофор будет падать способность к образованию АФК, что уменьшит терапевтический эффект. Оба варианта являются крайне нежелательными и не позволяют решить вышеперечисленные проблемы ФДТ. Существует два варианта решения данной проблемы, а именно, осуществить подбор пары фотосенсибилизатора и флуорофора минуя механизм FRET или путем разнесения в пространстве пары хромофоров (фотосенсибилизатор и флуорофор). В научной литературе известно множество молекул, используемых в качестве фотосенсибилизаторов и флуорофоров, но изучив спектры поглощения и флуоресценции хромофоров, можно сделать вывод о невозможности подбора такой пары флуорофора и фотосенсибилизатора без механизма FRET, так как спектры хромофоров расположены в диапазоне видимого излучения (от ~300 нм до ~800 нм) и имеют зоны перекрывания. Таким образом, решение «проблемы FRET» может быть более успешно осуществлено путем стереометрического разнесения двух хромофоров (флуорофор и фотосенсибилизатор) в пространстве во избежание эффекта FRET, например путем закрепления их на разных концах одной «жесткой конструкции», в качестве которой могут выступать гибридные наноструктуры. Одним из наиболее интересных объектов с точки зрения применения в биомедицине являются гибридные структуры на основе магнитных НЧ и НЧ благородных металлов, позволяющие одновременно вводить на поверхность НЧ два типа молекул для их дальнейшего использования. При введении комбинации двух хромофоров (флуорофор и фотосенсибилизатор) в составе одной НЧ они будут доставлены в опухоль благодаря эффекту повышенной проницаемости и удержания, свойственном наночастицам определенного размера и химической структуры. Стоит отметить, что на сегодняшний момент комбинация пары фотосенсибилизатора и флуорофора в одной системе, обеспечивающая проведение диагностики (ФД) и терапии (ФДТ) практически не представляется возможным, так как за счет стерически близкого расположения в пространстве при возбуждении одного из хромофорных агентов наблюдается безызлучательный перенос энергии (FRET), что влечет за собой или снижение детекции платформы или невозможность проведения ФДТ. Наличие двух поверхностей дает возможность расположения фотосенсибилизатора и флуорофора на оптимальном расстоянии, заведомо большем чем типичные значения Ферстеровского радиуса, что позволит избежать эффекта FRET. Две химически различные поверхности позволят осуществить постадийную модификацию поверхностей НЧ различными лигандами, что позволит решить проблему FRET при одновременной иммобилизации фотосенсибилизатора и флуорофора на одну НЧ. Наличие магнитной компоненты придает данным НЧ магнитно-резонансные контрастные (МР-контрастные) свойства и позволяет проводить их неинвазивную визуализацию методом магнитно-резонансной томографии (МРТ), а флуоресцентная метка позволит отследить время максимального накопления препарата в опухолевых тканях для проведения эффективной терапии. Целью данной работы являлся химический дизайн димерных наночастиц магнетит-золото для использования в качестве бифункциональной платформы для совместной фотодинамической терапии и флуоресцентной диагностики опухолей.