Разработка методов радиационной активации биосовместимых мультимодальных наноагентов для модификации биологического эффекта протонного облучения, шифр: «Протоны»

Многообещающим способом лучевого лечения является терапия с использованием пучков 70-250 МэВ протонов (ПЛТ): большое количество литературных данных свидетельствует в пользу несомненного преимущества ПЛТ при лечении детской онкологии, новообразований легких, простаты, нервной системы и др. Привлекательность использования тяжелых заряженных частиц связана с особенностями их взаимодействия с веществом: передаваемая энергия резко увеличивается по мере уменьшения скорости их движения. Таким образом, генерация вторичных частиц, линейная передачи энергии, линейная плотность ионизации и выход свободных радикалов возрастают в конце пробега протона, в области так называемого пика Брегга. Изменяя начальную энергию пучка, можно регулировать положение пика Брегга с субмиллиметровой точностью, что позволяет создавать четко локализованные области высокой дозы в опухоли. Эффективность лучевой терапии, в частности протонной, может быть увеличена с помощью химических модификаторов дозовых распределений. В последнее время внимание в этом качестве привлекают наночастицы с высоким атомным номером, в особенности наночастицы золота. Наночастицы выгодно выделяются среди химических модификаторов дозы, поскольку способны успешно преодолевать биологические барьеры, избирательно накапливаться в опухолевых клетках, обладают контролируемой токсичностью, а также могут быть использованы в качестве контрастных агентов для компьютерной томографии. Целью настоящей работы является разработка метода увеличения эффективности протонного облучения с помощью активируемых наноразмерных агентов, способных модифицировать отклик биологических систем на радиационное воздействие. В качестве наноагентов в настоящей работе будут использованы сферические наночастицы золота различного размера от 2 до 50 нм с различной функционализацией поверхности. Исследования физических механизмов взаимодействия ионизирующего излучения с наночастицами и оптимизация их функционального дизайна под заданные условия облучения будут проведены с помощью математического моделирования методом Монте-Карло в программном коде Geant4. Эффективность наночастиц будет исследована экспериментально в комбинации с протонным излучением различных энергий на биологических моделях различной сложности: плазмидная ДНК, культуры опухолевых и нетрансформированных клеток, биомиметических моделях трехмерного культивирования клеток (модель сфероидных культур является на сегодняшний день более приближенной к in vivo, по сравнению с традиционными монослоями клеток). Кроме того, будет изучен потенциал наночастиц в качестве контрастных агентов для компьютерной томографии in vivo. Поскольку ПЛТ зачастую используется в комбинации с фотонной лучевой терапией, в работе предполагается изучение радиомодифицирующего действия наночастиц с рентгеновскими и высокоэнергетичными фотонами. В результате настоящей работы будет разработан способ радиационной активации противоопухолевых наноагентов протонным излучением, по материалам которого будет оформлен патент на изобретение, созданного в рамках выполнения НИР.