|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Металлические и оксидные нанорадиосенсибилизаторы для медицины: физико-химические механизмы, радиационно-химический синтез и модификацияНИР
Metal and metal oxide nanoradiosensitizers for medicine: physical and chemical mechanisms, radiation-chemical synthesis and modification
- Руководитель НИР: Ширяева Е.С.
- Участники НИР: Ванина А.И., Жариков А.А.
- Подразделение: НИЛ химии высоких энергий
- Срок исполнения: 1 августа 2022 г. - 30 июня 2024 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 22-73-00054
- Номер ЦИТИС: 122090200055-8
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы, медицинские технологии, медицинская химия и новые лекарственные средства
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
- Критическая технология России: Биомедицинские и ветеринарные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.30 Радиационная химия. Плазмохимия
- Классификатор OECD: Химические науки
-
Ключевые слова:
эпр-спектроскопия, радиотерапия, метод спиновых ловушек, ионизирующее излучение, нанорадиосенсибилизаторы, рентгеновское излучение, радиационная химия
epr spectroscopy, x-rays, spin trapping method, radiotherapy, ionizing radiation, radiation chemistry, nanoradiosensitizers -
Описание:
Модельное исследование физико-химических основ применения наносенсибилизаторов (наночастиц металлов и оксидов металлов), являющихся перспективными для медицинского применения, а также их радиационно-химический синтез и модификация
-
Abstract:
Currently, the treatment of cancer is one of the main problems of medicine. In many cases, radiation therapy is used to treat cancer, and sometimes it is the only effective option. At the same time, the effectiveness of radiation therapy is limited by the dose load on healthy tissues and the sensitivity of tumor cells to radiation. A very promising solution is the combination of radiation therapy with radiosensitizing drugs. As radiosensitizers, in recent years, attention has been drawn to nanoparticles containing elements with a high atomic number relative to soft biological tissues. This is especially important when using X-ray radiation, which is characterized by a very strong dependence of absorption coefficients on atomic number. Since the radiosensitizing effect of nanoparticles (usually described in terms of "physical" and "chemical" amplification) is due to a combination of an increase in absorbed dose, generation of secondary radiation, and an increase in the radiation-chemical yield of free radicals, it is desirable to combine all possible types of amplification to increase the effectiveness of nanosensitizers, which requires study. the influence of various factors. Thus, it is obvious that the stated direction of research is of key importance for the development of a rational basis for radiotherapy. In addition, the establishment of the mechanisms of action of nanosensitizers upon exposure to ionizing radiation can be useful for many other applications, in particular, the radiation-chemical synthesis of nanomaterials, nuclear waste processing, and catalysis. Despite the fact that radiosensitizers based on metals and metal oxides are being actively studied for use in medicine, and some of them are undergoing clinical trials, the fundamental problem of the reasonable choice of nanosensitizers for radiotherapy is far from being finally resolved and attracts the attention of specialists in the field of chemistry, physics and biology. Over the past twenty years, only a few isolated attempts have been made to fill the gap in comparing the radiosensitizing ability of various metal and oxide nanoparticles. Undoubtedly, an urgent task is also the search for new effective approaches to the preparation of composite nanosensitizers based on metal and oxide particles coated with a shell of biocompatible macromolecules. Within the framework of this project, it is planned to (1) for the first time conduct systematic comparative studies of the mechanisms of sensitization of the action of X-rays using simple and universal model systems based on the original version of the spin trap technique; (2) to synthesize and characterize fundamentally new nanocomposite materials based on metal and metal oxide nanoparticles with a macromolecular shell using radiation-chemical approaches. It is expected that the implementation of this project will make it possible to obtain fundamentally new data on the mechanisms of physical and chemical enhancement upon irradiation in the presence of metal and metal oxide nanoparticles, including those coated with biocompatible polymers, and to develop and substantiate new methods for their production. At the same time, one of the main objectives of the project is to create a scientific foundation for the subsequent conduct of complex interdisciplinary research with the participation of specialists in various fields (physical chemistry, radiation chemistry, biophysics, fundamental medicine), ultimately focused on solving problems of great applied and social importance.
-
Планируемые результаты:
Ожидается, что выполнение проекта в целом позволит получить принципиально новые фундаментальные данные о механизмах физического и химического усиления радиационных эффектов при действии рентгеновского излучения на модельные водно-органические системы в присутствии наночастиц металлов и оксидов металлов, получить новые растворимые нанокомпозиты на основе металлических и оксидных частиц, покрытых полимерной оболочкой, и протестировать их наносенсибилизирующие свойства при использовании рентгеновского излучения. По завершении проекта планируется сформулировать физико-химические основы применения наносенсибилизаторов для направленного действия облучения на опухоли и предложить конкретные материалы (составы) наночастиц, согласно выработанным критериям, для тестирования их на реальных биологических объектах. Основные ожидаемые результаты проекта: - разработка обоснованной схемы радиационно-химических превращений в водно-органической среде, содержащей наночастицы металлов и оксидов металлов; - сравнительный анализ полученных результатов для различных наночастиц и их интерпретация в терминах физического и химического усиления; - получение новых нанокомпозитных материалов на основе металлических и металлооксидных наночастиц, покрытых оболочкой из макромолекул с использованием радиационно-химических подходов, а также тестирование их сенсибилизирующих свойств применительно к рентгеновскому излучению с энергией 10 – 50 кэВ.
-
Научный задел:
В основу проекта положен комплексный подход, основанный на принципах радиационной химии для разработки направленного дизайна новых нанорадиосенсибилизаторов на основе металлических частиц и металлооксидных частиц, покрытых оболочкой из синтетических биосовместимых макромолекул, исследования механизмов их действия и оптимизации характеристик. В качестве основного метода исследования эффективности наносенсибилизаторов для генерации радикалов будет использован метод спиновых ловушек, основанный на количественном определении радикалов, образующихся из органических компонентов в концентрированных водно- органических растворах под действием ионизирующего излучения, методом ЭПР спектроскопии. Этот подход был нами апробирован на примере наночастиц оксида гафния и золота [E.S. Shiryaeva et al., J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 27375−27384; E.S. Shiryaeva, et al., Radiat. Phys. Chem., 2022, 193, 109998; doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.109998]. Его преимуществами являются, во-первых, одностадийность реакции между радикалом, полученным радиолитическим путем, и спиновой ловушкой, во-вторых, возможность захвата всех образовавшихся радикалов при достаточной концентрации спиновой ловушки, и, в-третьих, непосредственное определение с помощью ЭПР спектроскопии абсолютного выхода этих аддуктов.
-
Основные результаты:
Основные обобщённые научные результаты, полученные в ходе выполнения проекта, могут быть сформулированы следующим образом: 1. В результате проведенных исследований была разработана и оптимизирована методика радиационно-индуцированного синтеза золей наночастиц серебра и золота, стабилизированных макромолекулами поли-1-винил-1,2,4-триазола (ПВТ) и поли-1-винилимидазола (ПВИ). Радиационно-химическое восстановление ионов Ag(I) и Au(III) и полимеризация ВТ в одном реакторе приводит к формированию стабилизированных ПВТ наночастиц серебра и золота, размеры которых, в целом, не превышают 10 нм в широком диапазоне отношений концентраций ВТ к ионам металлов. Также было показано, что наночастицы наименьших размеров (при одинаковом исходном содержании ионов Au(III)) образуются при использовании в качестве акцептора гидроксильных радикалов формиата натрия, что связано с кинетическими и термодинамическими особенностями реакций зародышеобразования и роста наночастиц. Необходимо отметить, что данная методика позволяет в одну стадию (без дополнительного этапа очистки и концентрирования) получать золи наночастиц Au относительно малых размеров (диаметром 2-3 нм) с высоким содержанием металла (вплоть до 1,8 мг/мл), а золи наночастиц Ag – диаметром 3-4 нм с концентрацией 1,5 мг/мл. 2. Исследование процессов радиационно-индуцированного синтеза в тройных комплексах поли(1-винил-1,2,4-триазол) (ПВТ)-полиакриловая кислота (ПАА), содержащих ионы Ag+ и ионы Au(III) показало, что крупные агрегаты комплекса ПВТ-ПАК-Ag(I) диссоциируют до частиц с размерами около 100 нм, структура которых может быть представлена в виде «ядра» и «короны». Впервые продемонстрировано, что такая трансформация интерполимерного комплекса оказывает существенное влияние на процессы образования наночастиц и их итоговые характеристики. Так, в случае облучения тройного комплекса ПВТ-ПАК-Au(III) происходит формирование ультрамалых наночастиц золота, размеры которых не превышают 2 – 3 нм. 3. На основании детальных исследований радиосенсибилизирующего действия наночастиц оксидов металлов, проведенных в рамках проекта, установлено существенное влияние состава и размера наночастиц на величину эффекта. На примере наночастиц оксида вольфрама диаметрами 8 и 58 нм, а также гомогенного раствора вольфрамата натрия показано, что увеличение удельной площади поверхности наночастиц (при уменьшении размеров наночастиц) усиливает эффективность образования радикалов в процессе облучения. На примере наночастиц серебра и оксидов вольфрама и олова в высших степенях окисления продемонстрировано влияние состава наночастиц на их радиосенсибилизирующий эффект, который определяется в данном случае «химическим» усилением. Такого рода усиление в случае деаэрированных растворов возможно при наличии у металла метастабильной промежуточной степени окисления (W, Sn), а также может определяться электронным строением поглощающего вещества (Ag) [1]. 4. По результатам проделанной работы получены фундаментальные данные о механизмах «физического» и «химического» усиления действия ионизирующего излучения наночастицами металлов и оксидов металлов. Предложена общая схема радиационно-химических превращений в бескислородных водно-метанольных растворах сравнения и растворах, содержащих наночастицы оксидов вольфрама и олова. 5. По итогам проделанной работы предложена следующая схема выбора наночастиц для достижения наибольшего радиосенсибилизирующего эффекта в условиях отсутствия кислорода воздуха (например, гипоксические опухоли): а) необходимо использовать наночастицы, содержащие в своем составе элементы, имеющие метастабильные промежуточные степени окисления, которые могут давать дополнительное количество гидроксильных радикалов при реакциях с радиолитически генерируемой перекисью водорода; б) гидродинамический размер (диаметр) наночастиц должен быть меньше 10 нм, поскольку такие наночастицы обладают достаточно большой удельной поверхностью, и водные золи наночастиц такого размера достаточно устойчивы к седиментации; в) поверхность наночастиц должна быть модифицирована гидрофильными, химически стабильными, нетоксичными, биологически совместимыми полимерами, такими как поли-1-винил-1,2,4-триазол, поли-1-винилимидазол, полиэтиленгликоль, полиакриловая кислота. Следует отметить, что полученные результаты имеют как фундаментальное значение для установления физико-химических механизмов действия нанорадиосенсибилизаторов на основе металлов и оксидов металлов, но также могут быть использованы для решения проблемы выбора и разработки новых принципов дизайна и модификации высокоэффективных наносенсибилизаторов для рентгеновской терапии. В целом, результаты проекта опубликованы в 1 статье в высокорейтинговом международном журнале (уровень Q1 по WoS/Scopus), одна публикации принята в печать в настоящее время, одна публикации находится на рецензии. Список литературы: 1. E.S. Shiryaeva, A.I. Vanina, I.A. Baranova, E.V. Sanochkina, S.V. Kameneva, G.S. Taran, A.V. Belousov, Vera V.Klechkovskaya, V.I. Feldman. Radiat. Phys. Chem., 2024, v. 222, p. 111812; doi: 10.1016/j.radphyschem.2024.111812.
- Добавил в систему: Ширяева Екатерина Сергеевна
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 августа 2022 г.-30 июня 2023 г. | Металлические и оксидные нанорадиосенсибилизаторы для медицины: физико-химические механизмы, радиационно-химический синтез и модификация |
| Результаты этапа: Получены кривые накопления радикальных аддуктов показывают сильную зависимость «физического усиления» от состава, размера НЧ и стабилизатора. Так, наночастицы оксида церия показывают наименьшее «физическое усиление» ввиду малого массового коэффициента поглощения. Для наночастиц оксида вольфрама, стабилизированных этиленгиколем, кривые накопления радикальных аддуктов позволяют заключить, что увеличение диаметра наночастиц от 2 до 20 нм приводит к почти двукратному уменьшению усиления. Дальнейшее же увеличение размера практически не оказывает влияния на сенсибилизирующее действие, что было получено для наночастиц оксида гафния диаметром 15 и 80 нм, стабилизированных лактатом. Также было исследовано влияние молекулярной массы и состава стабилизирующего вещества. Наночастицы золота диаметром 18 нм, покрытые полиэтиленгликолем с молекулярной массой 2000 г/моль, показывают увеличение «физического усиления» по сравнению с наночастицами, покрытыми поэтиленгликолем с молекулярной массой 5000 г/моль. В случае использования низкомолекулярных стабилизаторов наблюдается уменьшение «физического усиления» примерно в 1.5 раза для наночастиц оксида вольфрама диаметром 2 нм, стабилизированных цитратом, по сравнению с наночастицами, стабилизоваронными этиленгликолем. Спектры наночастиц золота, полученные при рН 6.0 указывает на формирование ультрамалых наночастиц золота, размеры которых не превышают 2 нм. Данные электронной просвечивающей микроскопии подтверждаются данными электронной спектроскопии поглощения. Таким образом, рН 6.0 обеспечивает формирование наночастицы золота, преимущественные размеры которых составляют 1-2 нм, тогда как в кислых средах образуются наночастицы золота с размерами 3 – 4 нм и более широким распределением по размерам. Повышение содержания ионов золота до соотношения 2.5:1 приводит к увеличению размеров наночастиц золота, однако при рН 6.0 размеры коллоидов не превышают 5 нм, что свидетельствует об эффективных стабилизирующих свойствах ПВИ по отношению к НЧЗ. Вместе с тем, радиационно-химическое восстановление ионов серебра в присутствии ПВИ (мольное соотношение функциональных групп полимера к ионам серебра 2.5:1) приводит как мелких наночастиц (1-5 нм) так и относительно крупных наночастиц с размерами до 10 – 12 нм. В серии экспериментов по радиационно-индуцированному получению наночастиц золота в присутствии поливинилтриазола (ПВТ) использовали системы с таким же мольным соотношением триазольных групп к ионам Au(III) что и в серии с ПВИ. Синтез проводили при рН 2.2 и рН 5.5. Также как и в случае ПВИ, размеры НЧЗ, получаемых при рН 2.2, оказались больше, чем при значениях рН, близким к нейтральному. Так, при облучении систем с соотношением 6:1 формируются НЧЗ с размерами от 1 до 5 нм (рН 5.5) и 1 – 10 нм (рН 2.2). Эксперименты по получению наночастиц серебра (НЧС) в присутствии ПВТ показали высокую стабилизирующую эффективность матрицы по отношению к серебряным коллоидам. Так в системе с мольным соотношением триазольных групп к ионам серебра 2.5:1 могут быть получены НЧС, размеры которых не превышают 7 – 8 нм (максимум распределения составляет 3 - 4 нм). Повышение содержания ионов золота до соотношения 2.5:1 приводит к увеличению размеров наночастиц золота, однако при рН 6.0 размеры коллоидов не превышают 5 нм, что свидетельствует об эффективных стабилизирующих свойствах ПВИ по отношению к НЧЗ. | ||
| 2 | 1 июля 2023 г.-30 июня 2024 г. | Металлические и оксидные нанорадиосенсибилизаторы для медицины: физико-химические механизмы, радиационно-химический синтез и модификация |
| Результаты этапа: 1. На основании детальных исследований радиосенсибилизирующего действия наночастиц оксидов металлов, проведенных в рамках проекта, установлено существенное влияние состава и размера наночастиц на величину эффекта. Анализ кривых накопления радикальных аддуктов в зависимости от времени облучения для образцов, содержащих наночастицы оксидов церия (d=4 нм) и гафния (d=18 нм), показывает увеличение выхода радикалов в исследуемых образцах относительно образцов сравнения (вода-ФБН-метанол). Для наночастиц оксида гафния показано, что это увеличение не зависит от размеров наночастиц (в диапазоне 18-84 нм) и может быть описано в рамках чисто «физического» усиления, т.е. фотоэффекта. Увеличение выхода радикалов в данном случае согласуется с увеличением поглощенной дозы для образцов, содержащих наночастицы, рассчитанной с помощью физического моделирования методом Монте-Карло. Кроме того, показано, что в исследуемом диапазоне доз накопление радикальных аддуктов происходит линейно, а изменение мощности дозы в ~ 20 раз (в диапазоне 0,06 – 1,21 Гр/с) и варьирование энергии излучения (использовался фильтр из алюминиевой фольги толщиной 420 мкм, что приводило к фильтрации низкоэнергетического спектра излучения (подробнее см. [P.V. Zasimov et al., Radiat. Phys. Chem., 2020, 177, 109084])) не влияет на величину радиационно-химических выходов радикальных аддуктов для образцов, содержащих наночастицы оксида гафния церия, вольфрама и олова. Влияние размера наночастиц. Показано, что увеличение выхода радикалов для образцов, содержащих относительно «крупные» наночастицы оксида вольфрама (диаметр - 58 нм), можно объяснить в рамках концепции «физического» усиления, рассчитанного для гомогенных растворов одного и того же элементного состава. Полученные результаты в этом случае согласуются с моделью физического усиления, связанного с увеличением средней поглощенной дозы в объеме раствора за счет эффекта тяжелого атома (Guo, T., 2018. X-ray nanochemistry: concepts and development. Springer International Publishing, New York.), при этом «физическое» усиление, связанное с локальным увеличением поглощенной дозы в окрестности наночастицы, имеет относительно небольшое значение. Этот результат также согласуется с тем, что наблюдаемые спектры ЭПР спиновых аддуктов не обнаруживают каких-либо особенностей, связанных с их концентрацией на поверхности наночастиц. Обнаружено, что увеличение выхода радикалов для образцов, содержащих наночастицы оксида вольфрама меньшего размера (d=8 нм), и для образцов гомогенного раствора вольфрамата натрия (предельный случай), не укладывается в предложенную модель в рамках «физического усиления»: соответствующие значения выходов радикалов существенно выше, и расчет увеличения поглощенной дозы методом Монте-Карло не может объяснить экспериментальные результаты для наночастиц WO3 (d=8 нм). Предположено, что для наночастиц оксида вольфрама меньшего размера (d=8 нм) реализуется «химическое» усиление, механизм которого может быть объяснен следующим образом. Известно, что вольфрам имеет метастабильные промежуточные степени окисления и может восстанавливаться сильными восстановителями, получающимися в результате радиационно-химических превращений, протекающих в изучаемой системе H2O-CH3OH-ФБН. Сначала гидратированный электрон захватывается молекулой ФБН с образованием соответствующего анион-радикала, который восстанавливает W(VI) до метастабильного состояния W(V). Последний, в свою очередь, реагирует с радиолитически генерируемой перекисью водорода с образованием гидроксильных радикалов (Схема 1 в Приложении), которые дают дополнительные радикальные аддукты ФБН-СН2ОН. Для водно-органических растворов, содержащих наночастицы TiO2, V2O5, ZrO2, Gd2O3, не удалось получить радиационно-химические выходы радикальных аддуктов ввиду нестабильности водных золей этих наночастиц, что может быть связано с достаточно большим размером наночастиц. В связи с этим, необходимо искать методы синтеза этих наночастиц более мелкого размера. В ходе наших исследований в рамках данного проекта с использованием метода спиновых ловушек в различных системах получены данные относительных выходов радикалов. 2. Результаты, полученные для наночастиц оксидов гафния, церия и наночастиц оксида вольфрама относительно большого размера (диаметр - 58 нм) можно объяснить в рамках концепции «физического» усиления (т.е. увеличения поглощенной дозы в присутствии наночастиц, содержащих элементы с высоким атомным номеров), рассчитанного для гомогенных растворов одного и того же элементного состава. Однако, результаты, полученные для наночастиц оксида вольфрама меньшего размера (d=8 нм), показали возможность усиления другого рода, которое связано с наличием у элемента металла, входящего в состав наночастиц, метастабильной промежуточной степени окисления. Это предположение было проверено на наночастицах оксида олова (IV) (d=5 нм). Расчеты методом Монте-Карло для гомогенного раствора такого же состава и концентрации, которые использовались в наших экспериментах, показывают отсутствие даже физического усиления для образцов, содержащих оксид олова. Однако экспериментально полученные результаты в рамках данного проекта показывают существенное увеличение выхода радикальных аддуктов в присутствии наночастиц оксида олова по сравнению с водными образцами. Такой результат можно объяснить только в рамках «химического» усиления через образование метастабильного состояния Sn(III), как и в случае наночастиц WO3 (d=8нм). 3. В данной части проектной работы были исследованы процессы радиационно-индуцированного формирования наночастиц серебра и золота в комплексах на основе поли-1-винил-1,2,4-триазола и полиакриловой кислоты, содержащих ионы металлов. В частности, для комплекса ПВТ-ПАК-Ag(I) данные динамического светорассеяния и измерение электрофоретической подвижности показали, что в диапазоне pH 5,5–7 крупные агрегаты комплекса ПВТ-ПАК-Ag(I) с размерами около 1 мкм диссоциируют до частиц с размерами около 100 нм, структура которых может быть представлена в виде «ядра» и «короны». Ядро образовано неионогенным полимером, функциональные группы которого координационно связаны с ионами серебра, и стабилизировано отрицательно заряженными макромолекулами полиакриловой кислоты, образующими петли и хвосты. Было впервые продемонстрировано, что такая трансформация интерполимерного комплекса оказывает существенное влияние на процессы образования наночастиц и их итоговые характеристики. Данные оптической спектроскопии поглощения и просвечивающей электронной микроскопии показали, что при pH 7,0 формируются относительно малые наночастицы серебра (4-5 нм) с узким распределением по размерам. При облучении тройного комплекса при рН 5,5, напротив, образуются наночастицы с широким распределением по размерам (1-17 нм). Сравнительный анализ процессов формирования наночастиц серебра в двойных комплексах ПВТ-Ag+ и ПАК-Ag(I) при рН 7,0 позволяет заключить, что формирование малых наночастиц в тройной системе обусловлено взаимодействием триазольных групп с поверхностью металла. В то же время локализация избыточных отрицательно заряженных карбоксилатных групп во внешней части комплекса обеспечивает высокую коллоидную стабильность полученных наночастиц, значительно превосходящую стабильность нанокомпозитов ПВТ-Ag. В случае комплексов ПВТ-ПАК-Au(III) было показано, что облучение тройного комплекса ПВТ-ПАК-Au(III) приводит к формированию ультрамалых наночастиц золота, размеры которых не превышают 2 – 3 нм. Вместе с тем, отдельные полимерные компоненты при той же исходной концентрации ионов золота способствуют формированию наночастиц больших размеров. В случае ПАК наночастицы приобретают анизотропную форму (т.н. «коралловые структуры»). 4.С помощью метода спиновых ловушек с ЭПР-детектированием обнаружено, что для наночастиц золота со средними размерами 2-3 нм в полимерной матрице поли(1-винил-1,2,4-триазола) наблюдается только «физическое» усиление. Такой же механизм усиления наблюдался нами ранее для наночастиц золота размером 18 нм без макромолекулярных стабилизаторов. Результаты прошлого этапа данного проекта для наночастиц золота (d=18 нм), покрытых полиэтиленгликолем разной молекулярной массы – 2000 и 5000 г/моль, позволяют заключить, что с увеличением молекулярной массы макромолекулярного стабилизатора уменьшается радиационно-химический выход радикальных аддуктов. Это может быть связано с двумя причинами: во-первых, увеличением «размера» наночастицы и, в связи с этим, уменьшением количества вторичных электронов, которые могут выйти в раствор; во-вторых, возможными реакциями радиолитически генерированных гидроксильных радикалов с молекулами стабилизатора. Все исследуемые образцы содержали одинаковую концентрацию в пересчете на золото в форме металла, поэтому можно сравнивать угловые коэффициенты. С помощью метода спиновых ловушек с ЭПР-детектированием показано, что для наночастиц серебра со средними размерами 3-4 нм в полимерной матрице поли(1-винил-1,2,4-триазола) наблюдается усиление гораздо больше «физического», превосходящее соответствующую величину для наночастиц золота схожего размера в полимерной матрице поли(1-винил-1,2,4-триазола). Предполагается, что такое необычное усиление выхода радикалов можно объяснить в терминах так называемого радиационно-химического контраста (V.I. Feldman et al., J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 7286−7293), который определяется энергией фотонов рентгеновского излучения и электронным строением поглощающего вещества. В случае серебра электроны К-оболочки имеют энергию связывания между 22 и 25,5 кэВ, при этом энергия края К-оболочки Ек=25,5 кэВ. Таким образом, фотоны рентгеновского излучения (20-25 кэВ), использованного в данной работе, могут взаимодействовать не только с электронами L-оболочки, но и с электронами К-оболочки, что будет влиять на выход вторичных электронов и проводить к локальному физическому усилению. Сравнительные исследования наносенсибилизирующих эффектов оксидных частиц и нанокомпозитов, покрытых макромолекулярной оболочкой, не представлены в связи с тем, что соответствующие золи не обладали достаточной устойчивостью для использования их в дальнейших экспериментах. 5.На основании результатов проделанной работы можно предложить следующую схему выбора наночастиц для достижения наибольшего радиосенсибилизирующего эффекта в условиях отсутствия кислорода воздуха (например, гипоксические опухоли): а) необходимо использовать наночастицы, содержащие в своем составе элементы, имеющие метастабильные промежуточные степени окисления, которые могут давать дополнительное количество гидроксильных радикалов при реакциях с радиолитически генерируемой перекисью водорода; б) гидродинамический размер (диаметр) наночастиц должен быть меньше 10 нм, поскольку такие наночастицы обладают достаточно большой удельной поверхностью, и водные золи наночастиц такого размера достаточно устойчивы к седиментации; в) поверхность наночастиц должна быть модифицирована гидрофильными, химически стабильными, нетоксичными, биологически совместимыми полимерами, такими как поли-1-винил-1,2,4-триазол, поли-1-винилимидазол, полиэтиленгликоль, полиакриловая кислота. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".