أتاحت الجسيمات النانوية الجديدة رؤية الورم والتصرف عليه في نفس الوقت

يتكون العلاج الضوئي الديناميكي من مرحلتين: تراكم المحسس في الورم وتشعيعه بالضوء لإثارة تفاعلات تؤدي إلى تلف وموت الخلايا السرطانية. لكن يظل من الصعب السيطرة على العملية، لأنه من غير المعروف مقدار تراكم المحسس، وكيفية توزيعه في الورم والأنسجة المحيطة به، ومدى فعالية تنشيطه بالضوء. وهذه إحدى مشاكل زيادة فعالية العلاج. “فكرنا: ماذا لو لم يتمكن المحسس من المشاركة في العلاج فحسب، بل أظهر أيضًا مكان تراكمه؟ قال باحث بارز في مركز الضوئيات والمواد ثنائية الأبعاد في MIPT، دكتوراه في الفيزياء والرياضيات: “قررنا استخدام أكسيد الجادولينيوم، نظرًا لأن مركبات الجادولينيوم تستخدم بالفعل في التصوير بالرنين المغناطيسي كعوامل تباين”. ن. مكسيم بوجاتشيفسكي. يتمتع الجادولينيوم بخصائص مغناطيسية قوية، لذا تستجيب جزيئات الأكسيد النانوية للمجالات المغناطيسية الخارجية وتستخدم في التصوير بالرنين المغناطيسي. إن تطعيم هذه الجسيمات بأيونات أرضية نادرة، مثل Eu³⁺ – أيون اليوروبيوم، Tb³⁺ – أيون التيربيوم، Yb³⁺ – أيون الإيتربيوم، Ho³⁺ – أيون الهولميوم، يمكن أن ينقل خصائص الانارة إلى المادة، من خلال آلية التحويل. التحويل الأعلى هو قدرة المادة على امتصاص الإشعاع منخفض الطاقة وتحويله إلى إشعاع عالي الطاقة. وهذا له أهمية خاصة بالنسبة للعلاج الديناميكي الضوئي لأن الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة المستخدمة في الممارسة الطبية لديهم طاقة أقل، مما يسمح لهم بالتغلغل بشكل أعمق في الأنسجة البشرية والتسبب في أضرار أقل من الأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية. وبفضل التحويل، يمكن استخدام هذا الإشعاع لتنشيط الجسيمات النانوية في الأنسجة العميقة. قام الباحثون بتخليق جسيمات Gd₂O₃ النانوية مع إضافة شوائب Ho³⁺ وEu³⁺، والتي توفر خصائص تحويل المادة. بعد ذلك، اختبر العلماء كيفية تصرف هذه الجسيمات النانوية تحت الضوء الأحمر: ما إذا كانت تعزز تكوين الجذور التفاعلية، وهي الجسيمات التي تلعب دورًا رئيسيًا في العلاج الديناميكي الضوئي، أو على العكس من ذلك، تمنعها. تم نشر المقال في مجلة Next Materials. “كانت آلية التحويل معروفة بالفعل وتستخدم لإنتاج التلألؤ في المادة. لقد أظهرنا أن الجسيمات النانوية لأكسيد الجادولينيوم، من خلال هذه الآلية، لا يمكنها إنتاج توهج مضيء فحسب، بل يمكنها أيضًا توليد جذور نشطة بشكل فعال، مما يؤدي إلى تفاعلات مؤكسدة في البيئة. بالاشتراك مع الخصائص البارامغناطيسية القوية للجادولينيوم، يوفر هذا فرصة لبناء أنظمة ديناميكية ضوئية من نوع جديد،” قال مكسيم بوجاشيفسكي. أولاً، حصل العلماء على الجسيمات النانوية وميزوها – وحددوا حجمها وبنيتها وتكوينها ووجود الشوائب فيها. ثم أضافوا تركيزات مختلفة من Gd₂O₃ إلى محلول أزرق الميثيلين، والذي تم استخدامه كنظام نموذجي لدراسة عمليات الأكسدة الضوئية، وقاموا بتشعيعه بالليزر الأحمر. واستنادًا إلى معدل تبييض الصبغة، قام الباحثون بتقييم ما إذا كانت الجسيمات النانوية قد سرعت أو أبطأت عملية الأكسدة الضوئية. “كانت النتيجة المثيرة للاهتمام بالنسبة لنا أيضًا هي أن خصائص أكسيد الجادولينيوم تعتمد على تركيزه. لقد وجدنا أنه عند التركيزات المرتفعة التي تبلغ حوالي 10 ملليمول لكل لتر، تعمل هذه الجزيئات كمواد مؤكسدة. وهذا يعني أنه عند تشعيعها، فإنها تعزز تكوين جذور الهيدروكسيل – وهي جزيئات نشطة يمكن استخدامها لتدمير الخلايا السرطانية في العلاج الديناميكي الضوئي. عند تركيز منخفض يبلغ حوالي مليمول واحد لكل لتر، أظهرت الجسيمات النانوية، على العكس من ذلك، خصائص مضادة للأكسدة و وأوضح مكسيم بوجاشيفسكي: “لقد أبطأ هذا الأمر عملية الأكسدة الضوئية بشكل خاص: يمكن أن تعمل المادة نفسها بشكل مختلف اعتمادًا على الظروف، وبالتالي، في التركيزات العالية المتراكمة في الورم، ستدمر الخلايا السرطانية بشكل فعال، بينما في الوقت نفسه، في الأنسجة السليمة المحيطة، سيكون أكسيد الجادولينيوم قادرًا على حماية الخلايا من الإجهاد التأكسدي الناجم عن الإجراء العلاجي”. إن القدرة على تتبع الجسيمات باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي والتغيرات في خصائصها اعتمادًا على التركيز تجعل هذه الجسيمات واعدة جدًا في العلاج العلاجي المشترك. لاختبار تكوين الجذور بشكل مباشر، استخدم الباحثون التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR)، وهي طريقة لتحليل المواد ذات الإلكترونات غير المتزاوجة، مع “فخاخ” DMPO التي تربط الجذور قصيرة العمر وتجعلها قابلة للاكتشاف. لذلك لم يتمكنوا من رؤية تدمير الصبغة فحسب، بل تمكنوا من التأكد من أن ردود الفعل المتطرفة كانت وراء ذلك. وباستخدام هذه الطريقة، أثبتوا تكوين جذور الهيدروكسيل، وتتبعوا ديناميكياتها مع مرور الوقت، وقاموا بتقييم كيفية اعتماد توليد الجذور على شدة الضوء الأحمر. “لقد اتخذنا الخطوة الأولى نحو استخدام جسيمات أكسيد الجادولينيوم النانوية المركبة في العلاج الديناميكي الضوئي. وستكون المرحلة التالية هي اختبار فعاليتها وسلامتها في النماذج البيولوجية: أولاً في الخلايا، ثم في النماذج الحيوانية، وبعد ذلك، مع نتائج ناجحة، في الدراسات السريرية،” قال مكسيم بوجاشيفسكي. بالإضافة إلى طاقم البحث من مركز الضوئيات والمواد ثنائية الأبعاد في MIPT والمركز الإقليمي لتقنية النانو في جامعة جنوب غرب الدولة (كورسك)، شارك في العمل زملاؤهم من الجامعة الوطنية الروسية للبحوث الطبية. إن آي. بيروجوف وجامعة موسكو الطبية الحكومية الأولى التي سميت باسمها. آي إم سيشينوف.