Группa aмeрикaнскиx и рoссийскиx учeныx сoздaлa мeльчaйшиe (22-нaнoмeтрoвыe) плaзмoнныe нaнoлaзeры, спaзeры, способные генерировать когерентное оптическое излучение непосредственно внутри живых клеток и тканей организма. Их предлагается использовать в качестве сверхъярких водорастворимых биологически совместимых зондов. Результаты работы опубликованы в Nature Communications.
Когда эти плазмонные нанолазеры вводятся в организм, они, благодаря «пришитой» к оболочке фолиевой кислоте, поодиночке или небольшими группами скапливаются на границе мембраны раковой клетки. Затем, после десятиминутной выдержки, проникают в цитоплазму. При этом они нагреваются, и их становится легко обнаружить с помощью различных оптических методов.
«Мы продемонстрировали режим генерации, связанный с формированием вокруг этого спазера динамического нанопузырька, что приводит к гигантскому лазерному эффекту с интенсивностью излучения в 100 раз большей и спектральной шириной раз в 30 уже, чем для квантовых точек», — говорит заведующий лабораторией физики лазеров Института автоматики и электрометрии СО РАН, доктор физико-математических наук Александр Плеханов.
Спазеры могут не только визуализировать раковые клетки, но и убивать их. При значительном превышении порога генерации излучения, за счет того, что металлическая сердцевина поглощает его, вокруг плазмона образуется нанопузырек пара, который и разрушает опасную клетку — сначала цитоплазму, потом мембрану. Причем все это работает при энергиях даже ниже, чем требуется по стандартам лазерной безопасности.
«Мы изучили цитотоксичность наших спазеров на растворе с клетками рака молочной железы и выяснили: их содержание вплоть до 10 миллиграммов на миллилитр раствора (для достижения терапевтического эффекта необходимо гораздо меньше) не является опасным, — комментирует исследователь. — То есть, когда спазеры заходят в раковую клетку, они ее не убивают. Но если воздействовать лазерным излучением, то она гибнет из-за того, что образующаяся конструкция разрывает раковую клетку изнутри. В то же время они не реагируют на нормальную клетку, независимо от того, есть там лазерное излучение или нет».
Диагностический потенциал спазеров продемонстрирован и в опытах с раствором раковых клеток, и в экспериментах на мышах: отмеченные раковые клетки в токах крови и лимфы отлично видны через живую ткань. Сейчас исследователи работают над тем, чтобы сделать спазер, который работал бы в инфракрасной области. Тогда станет возможным улучшить некоторые показатели, например такие, как прозрачность тканей.
