Dr Karolina Zajdel z Narodowego Centrum Badań Jądrowych otrzymała w ramach programu SONATINA Narodowego Centrum Nauki finansowanie niezwykłego projektu. Wraz z zespołem stworzy ona uniwersalne nano-radiofamaceutyki, które umożliwiały będą zarówno wykrywanie, jak i selektywne niszczenie komórek nowotworowych.

Dynamiczny rozwój współczesnej medycyny wymusza opracowywanie nowych metod obrazowania diagnostycznego oraz strategii terapeutycznych w leczeniu różnych chorób. W tym kontekście coraz większe nadzieje pokłada się w nanotechnologii, która umożliwia tworzenie struktur zdolnych do pokonywania barier biologicznych. Takie materiały charakteryzują się unikatowymi właściwościami optycznymi i magnetycznymi, co czyni je wszechstronnym narzędziem w diagnostyce biomedycznej oraz leczeniu chorób. Należy jednak pamiętać, że stosowanie nowych, nie w pełni poznanych nanostruktur wiąże się z trudnym do przewidzenia ryzykiem wystąpienia niepożądanych skutków ubocznych. Dlatego idealnym rozwiązaniem byłoby zaprojektowanie i kliniczna weryfikacja takich nanocząstek, które byłyby bezpieczne oraz łączyłyby w sobie zarówno możliwości diagnostyczne, jak i terapeutyczne (tzw. nanocząstki teranostyczne).

„Poszukuję wielofunkcyjnych i wydajnych nanomateriałów, które będą generowały relatywnie niskie koszty produkcji, a jednocześnie charakteryzowały się wysoką biokompatybilnością i minimalną cytotoksycznością w układach biologicznych” – deklaruje kierowniczka projektu, dr Karolina Zajdel. „Wszystkie powyższe cechy wydaje się spełniać nowa generacja nanomateriałów domieszkowanych jonami lantanowców (jonami pierwiastków ziem rzadkich). Posiadają one unikatowe właściwości optyczne, umożliwiające zamianę promieniowania o niższej energii na promieniowanie o wyższej energii w nieliniowym procesie optycznym, nazywanym ’konwersją energii promieniowania w górę’. Z tego względu, nanocząstki te określane są z języka angielskiego mianem up-converting nanoparticles (UCNPs)".

Takie nanomateriały przy pobudzeniu bliską podczerwienią emitują światło widzialne lub promieniowanie ultrafioletowe. W dodatku badane nanocząstki mają wiele cennych właściwości. Charakteryzują się stosunkowo niską cytotoksycznością, doskonałą fotostabilnością i odpornością na wyświecanie. Wybór jonów domieszek wpływa na kolor emitowanego światła lub nadaje im inne właściwości np. magnetyczne. To z kolei umożliwia wykrycie ich za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI). Połączenie kilku różnych technik obrazowania to tzw. obrazowanie wielomodalne, które zwiększa dokładność i zapewnia szczegółowy obraz badanego materiału biologicznego. Jednak najbardziej interesującym aspektem UCNPs jest potencjalne wykorzystanie składu chemicznego do obrazowania w medycynie nuklearnej, takiego jak pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT), w celu wykrywania radioaktywności.

„Nano-radiofarmaceutyk to nanosystem składający się z nanocząstki, radionuklidu, czyli odpowiedniego izotopu promieniotwórczego, i docelowej biomolekuły, pełniącej funkcję specyficznego «ligandu biologicznego».” – opowiada dr Zajdel. „Z praktycznego punktu widzenia, cechy nano-radiofarmaceutyków oferują istotne korzyści pod względem czułości i specyficzności diagnostycznej i terapeutycznej oraz rozdzielczości obrazowania. Mogą one być wykorzystywane w medycynie zarówno do diagnostyki, jak i terapii chorób nowotworowych, co określa się mianem teranostyki.”

Oznacza to, że nano-radiofarmaceutyk podany do organizmu połączy się selektywnie z komórkami nowotworowymi i pozwoli na ich lokalizację lub zniszczenie. Zaproponowana w projekcie metoda radioznakowania będzie dotyczyła wbudowywania naturalnego składnika UCNPs jakim jest itr (Y) w postaci jego dwóch radioizotopów: terapeutycznego Y-90 i diagnostycznego Y-86, w rdzeń lub powłokę uzyskanych nanocząstek.

Głównym celem projektu „Radioznakowane nanocząstki konwertujące energię w górę jako środki teranostyczne do wielomodalnego obrazowania i terapii celowanej molekularnie” jest opracowanie i synteza nowych nano-radiofarmaceutyków do zastosowań teranostycznych. Nanostruktury te będą oparte na nowej generacji luminescencyjnych nanocząstek wykazujących zjawisko konwersji energii w górę, znakowanych diagnostycznymi i terapeutycznymi radioizotopami. Projekt realizowany będzie w Centrum Doskonałości NOMATEN w ramach Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Projekt finansowany jest przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu SONATINA 8 przeznaczonego dla młodych naukowców.

Krzysztof Petelczyc