В 2023 году на программе «Большие вызовы» ее участники включились в междисциплинарный проект на стыке нанотехнологий и медицины, который посвящен тераностике. Эта методика может стать инновационным решением в борьбе с различными заболеваниями, включая онкологические.
В последние годы ученые активно ищут новые способы борьбы с трудно излечимыми заболеваниями. Большие перспективы в этой сфере открывают результаты исследований, связанных с использованием молекул или наночастиц, обладающих особенными физико-химическими свойствами. Эти частицы смогут указывать на пораженные клетки и доставлять лекарство точно в них. Такое направление, которое одновременно сочетает в себе и диагностику, и лечение, получило название «тераностика». На проекте в качестве инструмента тераностики используют наноструктурированные элементы из пористого кремния и серебра.
Частицы пористого кремния могут демонстрировать фотолюминесценцию, то есть испускать фотоны при воздействии на них света с определенной длиной волны. Это явление можно использовать для обнаружения пораженных клеток. Например, опухолевые клетки будут в большей степени накапливать частицы пористого кремния, чем здоровые, что позволит определить места их локализации. Помимо диагностики, ученые исследуют возможности лечения заболеваний с применением частиц пористого кремния, содержащих молекулы лекарств, которые постепенно высвобождаются благодаря биодеградации кремниевых нанокристаллитов.
«В ходе исследований школьники изучают методику доставки в клетки лекарств с помощью частиц пористого кремния. Безусловно, в рамках учебного проекта мы не работаем с реальными опухолевыми клетками, но используем модельные структуры, которые ребята культивировали в лаборатории. Из полевого хвоща они также выделили биогенный оксид кремния, из которого и изготовили частицы пористого кремния. А в качестве препарата для доставки в клетки будет использован антибиотик», – рассказала руководитель проекта, заведующая лабораторией «Прикладная плазмоника» Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники Анна Бондаренко.
Инновационность проекта, в котором участвуют школьники, заключается в использовании биогенного сырья для получения частиц пористого кремния с целью повышения экономической эффективности процесса их изготовления и, что более важно, придания им плазмонных свойств за счет модификации серебром. Последнее позволит не только визуализировать клеточные структуры, но и следить за тем, как меняется их молекулярный состав в ходе терапии. Для этого ребята используют в работе специальный микроскоп-спектрометр.
«Вредоносные клетки очень отличаются от здоровых по размерам и свойствам. Они имеют развитую площадь поверхности, на которой расположено больше рецепторов, чем на здоровых клетках. Из-за этого подобные клетки “притягивают” большее количество частиц пористого кремния. Но частицы не просто скапливаются вокруг пораженной клетки, позволяя ее увидеть. Они внедряются в клетку, растворяются в ней, доставляя таким образом лекарство», – поясняет одна из участниц проекта, десятиклассница Анна Мизгайло из Минска.
Анна приехала на программу вместе с одноклассницей Елизаветой Орел. Обе девушки учатся в гимназии № 18 г. Минска, серьезно занимаются физикой и нанотехнологиями. В программе «Большие вызовы» белорусские школьницы участвуют впервые.
«У нас очень многозадачный проект, ведь само направление нанотехнологий комплексное. Для него требуются знания и в химии, и в физике, и в биологии. И нужно уметь применять их в связке друг с другом. Лично я на проекте занимаюсь термохимическим восстановлением кремния из биогенного сырья. Это крайне важный этап нашей работы. Я получила возможность поработать на оборудовании, которое прежде никогда не использовала, и это очень ценный опыт», – говорит Елизавета Орел.
Проект курируют научные сотрудники лаборатории «Прикладная плазмоника» Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, которые ведут работу по изучению свойств пористого кремния и плазмонных наноструктур. А оборудование для работы предоставил еще один партнер проекта – компания SOL instruments. С перспективной разработкой они знакомят участников «Больших вызовов».
Помимо школьниц из Республики Беларусь, в проект включились Алина Короткова из Орла, Владимир Попов из Астрахани, Ксения Кравцунова и Яна Малявская из Москвы.
