Aranyhéjba zárt kvantumpötty: elkészült az orvosi nanotechnológia aranytojása

Számos nanorészecskét fejlesztettek már kisérleti gyógyászati célokra, például képalkotásra vagy hatóanyagok célba juttatására. Eddig egy nanorészecske egy feladatra volt alkalmas, most azonban a University of Washington kutatóinak sikerült két nanorészecskét egy apró csomaggá kombinálni. Ez az első többfunkciós nanotechnológiai eszköz az orvosi képalkotás és a terápia területén.

A nanomedicina meglehetősen új tudományág, mely a legújabb nanotechnológiai vívmányokat próbálja az orvoslás szolgálatába állítani. A nanotechnológia az anyag megmunkálása, eszközök létrehozása nanométeres nagyságrendben (10^-9 m). Jelenleg úgy fest, hogy a nanotechnológiát az orvostudomány főként új képalkotó eljárások és gyógyszeradagolási technikák fejlesztésében használhatja föl. Ez az irányvonal érvényesül az onkológiában is, ahol a daganatos betegségek korai felfedezésének elősegítését, illetve a kifejezetten toxikus tumorellenes szerek megfelelő helyre történő transzportját remélik a korszerű nano-módszerektől. Ezek alapja az, hogy a nanorészecskék felületére olyan molekulák erősíthetők, melyek feldúsítják azokat a célpont-szövetben. Természetesen ezen kívül más lehetőségek is rejlenek ezen parányi részecskékben, melyek a technológia további fejlődésével újabb diagnosztikai és terápiás eljárások kifejlesztését tehetik lehetővé.

Kvantumpöttyök és aranygömbök

A kvantumpöttyök (kvantum dot-ok; dot: pont, pötty) néhány nanométer (nm, a mm milliomod része) átmérőjű félvezető fluoreszkáló gömbök. Méretük tehát a látható fény hullámhosszának törtrésze, és méretüktől függő színben képesek fényt kibocsátani. Kvantumpötty-nanokristályokat  orvosi képalkotás céljából, napelemekhez és LED-ekhez fejlesztenek.

Az arany nanorészecskéket már régóta használják üvegek színezésére, újabban pedig gyógyszerek célba juttatására, ízületi gyulladás, köszvény kezelésére és infravörös fényt használó orvosi képalkotásra. Az arany is visszaveri az infravörös sugárzást, azaz a hősugárzást, így orvosi terápiában használható sejtek felmelegítésére (ilyen módon sikerült már "megfőzni" ráksejteket).

Kombinált nanorészecske

Az eddigi kísérletekben nem sikerült a kvantumpöttyök és az arany nanorészecskék kombinálása. Az összetevők által kifejtett hatások az egyesítéssel leromlottak, egyik nanorészecske sem a kívánt módon viselkedett, mert elektromos terük interferált egymással. "Kemény dióra akadtunk" - mondta Xiaohu Gao, az UW biomérnök professzora. "Az arany vagy bármely más fém kioltja a kvantumpötty-nanokristályok fluoreszkálását, így ezek nem teljesíthetik feladatukat."

Ezt a problémát oldották meg a közelmúltban a University of Washington kutatói. A kombinált részecske gyártása során fehérjéket használtak arra a célra, hogy a kvantumpötty magját egy vékony aranyréteg vegye körül a magtól 3 nm-es távolságban, így a két komponens fényei és elektromos mezői nem interferáltak egymással. A kvantumpötty fluoreszkáló képalkotásra, az aranygömb pedig hőterápiára és ún. szóródás-alapú leképezésre használható (ez utóbbi bizonyos esetekben jobban működik a fluoreszkáló módszernél). A Gao és Yongdong Jin, az UW posztdoktori kutatója által kifejlesztett gyártástechnológia általános, és más nanorészecskék kombinálására is alkalmazható.   

Gao és Jin úgy oldották meg az interferencia problémáját, hogy egy vékony aranygömböt építettek, amely körülveszi, de sehol nem érinti kvantumpöttyöt. Gondosan ellenőrizték az aranyhéj és a nanorészecske közötti elkülönülést, amit polimerláncok alkalmazásával értek el. A kvantumpötty belseje és a töltött aranyionok távolságát a polimerlánc hossza határozta meg, és újabb láncszemek hozzáadásával nanométeres pontossággal lehetett növelni. A külső réteghez rövid aminosavláncokat, polihisztidint adtak, amely megkötötte a töltött aranyatomokat.  

Aranyhéjba ágyazott kvantumpötty. A szerkezet mérete kisebb mint 20 nanométer

Ionokat használva 2-3 nanométer vastagságú aranyhéjat tudnak előállítani a kutatók. Ez elég vékony ahhoz, hogy a kvantumpötty fluoreszkálásának körülbelül a fele áthatoljon rajta. "Az összes hagyományos technológia előre legyártott arany nanorészecskéket használ aranyionok helyett" - mondja Gao. "Az arany nanorészecskék 3-5 nanométer átmérőjűek, az érdességet szem előtt tartva a legvékonyabb megépíthető borítás 5-6 nanométeres. Az aranyionok sokkal kisebbek."
 
A kombinált részecske teljes átmérője nagyjából 15-20 nanométer, így elég kicsi ahhoz, hogy be tudjon hatolni egy sejtbe. A benne foglalt arany jó kötőhelyként szolgál különféle molekuláknak. Az arany a kvantumpötty fluoreszkálásának 5-10-szeresére erősítésére is képes, ahogy ez korábbi kísérletekből már ismert.

Az aranyhéjnak egy további előnye is van. Az orvostudományban igazolt, hogy az arany biokompatibilis, nem károsít élő anyagot. Egy aranyhéj így egy tartós, nem toxikus tároló a testben használandó nanorészecskék számára, mondja Geo.

A kutatást a National Institutes of Health, a National Science Foundation, a Seattle Foundation és a UW's Department of Bioengineering támogatták.