“圣大初创2020”竞赛的决赛入围团队Light up正在努力研发一项可以帮助抗击癌症的技术。学生们提出,将带有金银纳米颗粒的指点标注射到患者血液中,以突显出癌性肿瘤,使医生更易识别。

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荧光分子层析成像是一种现代医学成像方法,在临床实践中越来越受欢迎。它可以监控活生物体组织中发生的情况,而无需将其清除。

该方法基于荧光——一种以物质的发光度为特征的物理过程。我们可以使用肉眼可以在自然界中观察到它,例如珊瑚、海葵、水母、桡足类、跳蛛、蝎子、头足类、某些鱼类和鸟类的都具有荧光特征。此外,荧光还被运用于房屋装修、服装制造,甚至用于绘制纹身。

荧光层析成像是通过使用荧光团进行的,荧光团可以吸收光线并以不同的波长发光。如果将辉光移动到近红外区域,便可以跟踪组织深处中的过程。

荧光层析成像的主要缺点之一是仅能在组织表层中才能实现良好的透光率。 Light up团队的项目致力于解决此问题。

“我们将通过使用银和金的纳米颗粒作为指点标的一部分,来增强生物组织透明性领域中的荧光团信号。我们之所以使用这些金属,是因为它们已被证明是增强光信号的最佳材料,” Light up团队负责人,化学硕士项目一年级学生,圣大学光子学协会主席阿列克谢·斯米尔诺夫说,“同时,我们试图了解哪些纳米颗粒在等渗溶液中显现出最大的稳定性,这种等渗溶液在盐组成方面与血液相当。重要的一点是,纳米颗粒不仅要在我们合成的介质中稳定,还要在体内保持稳定。”

在这种情况下,该方法既可以用于分析患者组织样本,也可以用于分析手术过程中的活体组织。但是,指点标在被应用于人体之前,必须通过所有必要的临床试验。

关于将银和金的纳米颗粒注射入体内的研究很多,尚未发现毒性。当然,尽管没有关于从体内排泄的临床试验数据,但无法保证没有任何副作用。

Light up团队负责人,化学硕士项目一年级学生,圣大学光子学协会主席阿列克谢·斯米尔诺夫

金银纳米颗粒与多种载体相连——这是若干种具有生物活性的分子,可以选择性地引导它们并使指点标与靶细胞结合。

注射入血液后,指点标随着血液循环分布到整个身体中。在与靶细胞相遇的那些组织中,它们将附着在靶细胞上,形成一种免疫复合物,其中抗原与抗体结合。抗体载体便这样附着在癌细胞表面抗原上。此后便可以记录来自整个细胞区域的辐射,并清楚地看到它的位置。

如果将指点标注射入人体,则专家可在荧光层析成像仪的屏幕上监视过程。在实验室条件下可以使用平板荧光计和流式细胞仪。

Light up团队提出的技术可以将荧光团信号放大数十倍。因此可以发现位于组织深处的肿瘤以及小尺寸的肿瘤。同样,信号放大将有助于减少用于单次诊断所需的指点标数量,可以减少该过程的成本,这意味其适用性的提升。

“该方法可能还会有其他潜在应用。例如,可以修改此类指点标以用于发烧高热疗法。其思路是,当辐射被吸收时,金属纳米粒子仅将一部分能量转移到荧光团上,其余的能量则以热的形式耗散,” 阿列克谢·斯米尔诺夫解释说,“因此在该粒子的临近区域温度会升高。如果达到摄氏44-45度,则可能导致细胞死亡。在一项对动物进行高温纳米粒子治疗的研究中,所有个体均已康复。从长远来看,可以将这项技术用于诊断学,但是这需要非常细致的研究。诊疗学是一个时髦术语,它结合了术语“治疗”和“诊断”,指的是在一个过程同时执行诊断和治疗。”

据阿列克谢·斯米尔诺夫称,在俄罗斯和国外都没有明显类似的项目。Light up团队成员首先将尝试以自身产品引起外国公司的兴趣,然后在国内市场推出。原因是俄罗斯的荧光分子技术还不发达。此外,该小组产品的预估成本大大低于国外发布的荧光团。产品的最终消费端应该是私人和公共诊断实验室。

与Lightup团队的阿列克谢·斯米尔诺夫共同协作的还有一年级硕士生奥利嘉·奥金措娃(化学专业)、维罗妮卡·拉什古(生物学专业)和叶卡捷琳娜·巴拉诺娃(管理硕士)。团队导师是圣大物理化学教研室副教授叶莲娜·索洛维约娃。圣大生物医学化学实验室的首席研究员弗拉基米尔·沙罗科也为同学们提供了帮助。

“我们计划在决赛中展示指点标合成与改进的结果。最近我们设法将金纳米颗粒指点标的信号放大固定为传统方法的五倍。当然,这只是工作的第一步。我们将继续优化指点标,” 阿列克谢·斯米尔诺夫指出。

据他介绍,团队最大的困难是对项目商业部分的评估。这是一个高科技项目,仍然很难确切说明它可以带来何种利润。但是参与者都认为,与该项目可以带来的抗癌收益相比,财务因素可以排在后面。

 “圣大初创”竞赛是第五次在我校举行。提出科学性最强,商业前景最乐观的商业模式的团队将从圣大捐赠基金中获得现金奖励。第一名将获得30万卢布,第二20万卢布,第三名10万卢布。此外,两个优胜团队将有机会与本校共同创建小型创新企业,可为其提供100万卢布和70万卢布的发展资助。有关“圣大初创2020年”竞赛的详细信息,请参见圣大捐赠基金网页。

“圣大初创竞赛非常有益,特别是对于那些正在自然科学领域发展的年轻专业人员。我们在实验室工作并周期性地获得有趣结果,这些结果原则上都可以商业化。当然,我们有经济学课程,但它仅提供理论知识。在这里,我们向专家们介绍自己的项目,并准备实际的商业计划。这次经历对我们非常重要,”阿列克谢·斯米尔诺夫强调。