Un gruppo di ricercatori russi e francesi, con la partecipazione di scienziati dell'Università statale di Mosca Lomonosov, ha sintetizzato nanoparticelle di silicio ultrapuro che esibiscono un'efficiente fotoluminescenza, emissione di luce secondaria dopo la fotoeccitazione. Queste particelle penetrano facilmente nelle cellule tumorali per essere utilizzate come marcatori luminescenti nella diagnosi precoce e nel trattamento del cancro. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Rapporti scientifici .

Secondo il coautore Victor Timoshenko, precedenti tentativi in ​​altri laboratori non hanno avuto successo, principalmente perché le nanoparticelle sono state sintetizzate da reazioni chimiche in soluzioni acide. "Le particelle ottenute non erano sufficientemente pure, " dice. "I sottoprodotti delle reazioni chimiche li hanno resi tossici. Per di più, queste nanoparticelle avevano una forma, che era lontano da una sfera, e non contribuisce alla comparsa della fotoluminescenza. Questi due inconvenienti hanno fortemente limitato le loro applicazioni".

Per ovviare a queste carenze, i ricercatori hanno utilizzato un metodo diverso, cosiddetta ablazione laser, che espelle atomi dal bersaglio con un raggio laser, in modo che gli atomi strappati formino un nanocristallo. Il problema era che gli atomi strappati in questo caso spesso non si combinavano con le particelle, ma con alcuni strati arbitrari, e anche se le nanoparticelle fossero ottenute, non erano fotoluminescenti. O le nanoparticelle erano troppo grandi, oppure si sono raffreddati troppo velocemente e non hanno avuto il tempo di formare nanocristalli di alta qualità. Così, è stato necessario scaldarli per breve tempo per favorire la cristallizzazione.

"Per quello scopo, abbiamo deciso di usare breve, impulsi laser ad alta intensità, " Il professor Timoshenko dice. "Non solo hanno espulso gli atomi di silicio dal bersaglio, ma inoltre li ionizzato. Gli elettroni emessi hanno portato alla ionizzazione degli atomi di elio che compongono l'atmosfera in cui si stava verificando. In nanosecondi, il plasma laser ha formato le condizioni che hanno permesso agli atomi di sinterizzare in nanocristalli sferici. Queste perle che cadono sulla superficie si aggregano come uno strato soffice, che potrebbe successivamente essere disperso in acqua."

Queste nanoparticelle sferiche erano della dimensione giusta, da due a quattro nanometri di diametro, che forniva una fotoluminescenza efficiente in cui ogni fotone in caduta era bilanciato con uno espulso. A differenza delle nanoparticelle ottenute mediante attacco chimico, non richiedevano additivi tossici. E, soprattutto, come dimostrato da esperimenti biologici, potrebbero facilmente penetrare nelle cellule. Inoltre, le nanosfere penetrano nelle cellule cancerose molto più facilmente di quelle sane. Questo perché le cellule cancerose sono sempre pronte a dividersi, e quindi assorbono tutto per produrre cellule figlie. Secondo Victor Timoshenko, a seconda del tipo di cellule, le cellule cancerose assorbono tipicamente le nanoparticelle dal 20 al 30 percento in modo più efficiente di quelle sane, che costituisce una base per la diagnosi del cancro in fase iniziale.

"Il nostro principale risultato è stato produrre le nanoparticelle e stabilire che penetrano facilmente nelle cellule tumorali, " Victor Timoshenko ha detto. "Il problema della diagnosi è un compito separato, che è stato risolto contemporaneamente dai biologi, con la nostra partecipazione. Puoi, Per esempio, sostituire l'analisi della biopsia, un test "sì-no" abbastanza lungo e inaffidabile, invece di rilevare se una nanoparticella è penetrata o meno in un campione di tessuto. Esistono anche metodi diagnostici non invasivi. La luce fotoluminescente emessa dalle nanoparticelle in questo caso è difficile da usare, ma possono essere attivati ​​con altri mezzi, ad esempio, onde elettromagnetiche a ultrasuoni o a radiofrequenza."

Il vantaggio principale delle nanoparticelle è che sono completamente atossiche e facilmente escrete. Possono anche legarsi a sostanze o biomolecole specifiche (ad es. anticorpi), consentendo ai medici di indirizzarli verso le cellule tumorali e quindi aumentare l'efficienza della diagnosi. Secondo Victor Timoshenko, in futuro queste nanoparticelle potrebbero legarsi anche a farmaci che non solo rileveranno il cancro, ma anche condurre la chemioterapia locale o la radioterapia a livello cellulare.