Нанопомощники против рака: молодые ученые КБГУ и ИТЭБ РАН объединили усилия для прорыва в радиотерапии
В Кабардино-Балкарском государственном университете Х.М. Бербекова (КБГУ) разрабатывают технологию, способную совершить прорыв в лечении онкологических заболеваний. Речь идет о новом методе радиотерапии, который способствует точечному и эффективному воздействию на опухоль.
Специалисты центра новых детекторных технологий КБГУ и ученые лаборатории тераностики и ядерной медицины Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН объединили усилия в рамках международной коллаборации ARIADNA мегасайенс проекта NICA. Благодаря использованию наночастиц разработка поможет решить основную проблему радиотерапии, которая заключается в устойчивости некоторых видов опухолей, а также в побочных эффектах, таких как радиодерматит.
Наночастицы из тяжелых элементов — золото, диоксид церия — работают как «усилители». Их вводят в организм, и из-за неспособности раковых клеток к нормальному метаболизму они накапливаются именно в опухоли. Важный нюанс: сами наночастицы не убивают рак. Они превращают опухоль в более уязвимую мишень.
«Представьте аквариум, заполненный водой, — это нормальные ткани, — приводит аналогию аспирант ИТЭБ РАН Никита Пивоваров. — В этот аквариум мы погружаем два мячика. Один заполнен водой и моделирует обычную опухоль, другой — железом и представляет собой опухоль с наночастицами. Если направить на них излучение достаточной мощности, то “шарик” с железом внутри получит гораздо больший урон и “лопнет”, в то время как заполненный водой останется практически невредимым, всё потому, что металл поглотит и преобразует значительно больше энергии».
На физическом уровне это выглядит так: наночастицы, состоящие из тяжелых элементов, при облучении выпускают шквал вторичных электронов, которые генерируют агрессивные молекулы (активные формы кислорода) внутри самой опухоли, добивая ее изнутри.
С помощью математического моделирования группа ученых рассчитала, какие именно наночастицы, какого размера и при каком типе излучения сработают лучше всего.
«Мы создаем виртуальную модель — “цифрового двойника” опухолевой клетки с кластером наночастиц, — рассказывает Алим Кашежев, стажер-исследователь Центра новых детекторных технологий регистрации нейтрино КБГУ. — С помощью платформы Geant4, которая используется в физике высоких энергий, мы можем с высочайшей точностью проследить траекторию каждой частицы, рассчитать, сколько энергии она передаст, и предсказать итоговый биологический эффект».
На экране его компьютера — наглядная визуализация: сфера (наночастица) пронизана сетью красных линий (треками вторичных электронов). Чем их больше и чем дальше они простираются, тем значительнее будет локальное усиление дозы облучения.
Созданная модель — это не абстрактное исследование. Она станет основой для диссертации Никиты Пивоварова и, что важнее, практическим руководством к действию для врачей-радиологов.