I chimici russi e svizzeri hanno creato nanoparticelle luminescenti biosicure per l'imaging di tumori e vasi sanguigni danneggiati da infarto o ictus. Le particelle sono fatte di ossido di afnio che viene utilizzato per l'iniezione endovenosa, e drogato con ioni di metalli delle terre rare. Gli scienziati sperano di creare un'alternativa ai punti quantici tossici e visualizzare i tessuti profondi senza danneggiare il paziente. Lo studio è apparso in Colloidi e Superfici B:Biointerfacce .

Gli scienziati dell'Università ITMO di San Pietroburgo e dell'ETH di Zurigo hanno cercato di visualizzare in modo sicuro i tumori del cancro e i vasi sanguigni danneggiati nel cuore e nel cervello. Le nanoparticelle che hanno sviluppato possono emettere luce visibile sotto eccitazione ultravioletta e blu che consente ai medici di usarle come agente di contrasto per l'imaging dei tessuti interni.

L'imaging degli organi non è illustrativo senza opportuni marker, ma tutte le sostanze otticamente attive oggi utilizzate a tale scopo presentano notevoli inconvenienti. Così, gli agenti organici non funzionano universalmente e si disintegrano rapidamente nel corpo. E sebbene le nanoparticelle di semiconduttori chiamate punti quantici abbiano proprietà luminescenti uniche, a causa del loro effetto pericoloso su un paziente vivente, queste particelle possono essere utilizzate solo in vitro.

Secondo gli scienziati ITMO, i marcatori che hanno sviluppato sono privi di questi inconvenienti e possono sostituire i punti quantici in futuro. Le nuove nanoparticelle sono composte da ossido di afnio drogato con ioni di terre rare europio e terbio. Forniscono elevate proprietà luminescenti e l'ossido di afnio agisce come una matrice trasparente che garantisce la loro biosicurezza e li mantiene brillanti.

L'ossido di afnio è bioinerte; nel 2015, la FDA ha incluso questa sostanza in un elenco di ossidi approvati per uso interno. Alcune forme di ossidi di ferro e alluminio sono consentite anche per l'iniezione endovenosa. Ma a differenza dell'afnio, assorbono troppa luce e indeboliscono la luminescenza.

Inoltre, l'afnio e i metalli delle terre rare hanno atomi di dimensioni simili, così i chimici riuscirono a mantenere ordinata la struttura cristallina dell'ossido sostituendo una parte degli ioni di afnio con gli elementi delle terre rare. Ciò ha permesso agli scienziati di conferire le proprietà ottiche richieste alle nanoparticelle, prevenendo la sedimentazione in fluidi biologici a pH neutro.

La sedimentazione delle particelle può accumularsi e bloccare i vasi sanguigni. "Non potremmo coprire le nanoparticelle con uno stabilizzatore, perché ridurrebbe la resa quantica, "dice Aleksandra Furasova, il primo autore del saggio. "Ecco perché abbiamo drogato l'ossido di afnio con ioni di metalli delle terre rare. In primo luogo, caricavano la superficie delle particelle che stabilizzavano queste ultime nei fluidi biologici. In secondo luogo, introducendo diverse terre rare, abbiamo imparato a spostare lo spettro di luminescenza. Per esempio, particelle con terbio emettono verde, mentre le particelle con europio emettono rosso. Questo sarà utile per risolvere compiti specifici."

Gli elementi delle terre rare hanno un livello definito di tossicità. Quindi i chimici hanno aggiunto grandi quantità di particelle ai campioni di plasma sanguigno e al mezzo con cellule coltivate. Si è scoperto che le particelle sono stabili nel sangue e non cambiano la loro consistenza; a causa della capacità degli ioni delle terre rare di essere fortemente legati nell'ossido, non danneggiano le cellule.

Anna Fakardo, un ricercatore SCAMT, aggiunge, "Per tre giorni, abbiamo osservato il ciclo di vita dei fibroblasti polmonari coltivati ​​e delle cellule staminali mesenchimali e non abbiamo notato effetti tossici causati da nanoparticelle di ossido di afnio pure o drogate. Questo è, possono essere potenzialmente applicati in medicina."

Nel futuro, gli scienziati useranno nanoparticelle di ossido di afnio non solo per l'imaging, ma per la terapia del tumore. Sotto i raggi X, atomi di afnio e metalli delle terre rare, come tutti gli elementi pesanti, ionizzano le molecole d'acqua che diventano i cosiddetti radicali liberi e iniziano a uccidere le cellule vicine. Questo metodo di trattamento del cancro non può competere con la chemioterapia nel prezzo, ma dovrebbe essere meno dannoso perché consente il trattamento dei tumori localmente, anche nel cervello.