CC BY
1я A 22-24 0КТЯбРЯ 2024 Г-
Цитотоксичность диэлектрических наночастиц на основе диоксида циркония и их возможное применение в медицине
Хрущалина С.А., Шляпкина В.И., Кукаркина С.Э., Зимин Е.Э., Таратынова А.Д., Журавлев М.В., Гадеева А.А., Бобров В.С.,
Алексеева А.С.
Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, Саранск
Е-mail: anabel-2005@yandex. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-207-209
Диэлектрические частицы, легированные высокими концентрациями редкоземельных (РЗ) ионов, могут значительно нагреваться при их возбуждении интенсивным лазерным излучением [1]. Этот эффект может использоваться для усиления термического действия лазерного излучения, например, на биологическую ткань. В ходе экспериментов in vitro и in vivo нами было показано, что подобный эффект наиболее выражен для частиц на основе диоксида циркония с иттербием [2]. В настоящей работе представлены результаты исследования цитоксичности частиц
ZrO2-3ü мол.% Yb2Ü3, которые могут найти применение в лечении поверхностных опухолей.
Частицы ZrO2-3ü мол.% Yb2O3 получали методом соосаждения с последующим отжигом при различных температурах - 500, 800 и 1150 °C в течение 6 часов. Фазовый состав образцов исследовался методом рентгеновской дифрактометрии. Морфология и размеры полученных частиц изучались методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Также размеры частиц оценивались методом динамического рассеяния света с помощью анализатора размеров наночастиц. Спектрально-люминесцентные свойства исследовались с использованием в качестве источника возбуждения полупроводникового лазерного диода с длиной волны излучения 980 нм (максимальная выходная мощность 2 Вт).
Исследование цитотоксичности частиц диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттербия, производили на клеточной культуре гепатомы мыши Mh22a, а также на сфероидах, сформированных из данной клеточной культуры. Исследования
я А SsSEsE ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
проводились при воздействии лазерным излучением с длиной волны 980 нм и без него.
Рентгенофазовый анализ частиц ZrÜ2-30 мол.%УЬ2йз показал, что все они являются однофазными и представляют собой твердые растворы с кубической структурой (пространственная группа Fm3m). Размеры областей когерентного рассеяния возрастали с увеличением температуры отжига и составляли 5, 10 и 99 нм для 500, 800 и 1150 °C соответственно.
Возбуждение частиц ZrÜ2-30 мол.%УЬ20з непрерывным лазерным излучением с длиной волны 980 нм и плотностью мощности J=0,9 кВт/см2 приводило к возникновению в них широкополосного излучения в диапазоне 400-900 нм, которое является тепловым. Также проведенные исследования спектрально-люминесцентных свойств показали, что образцы ZrÜ2-30 мол.%УЬ20з с разными размерами частиц в равной степени способны нагреваться при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 980 нм.
Исследования цитотоксичности частиц выявили, что частицы размером 99 нм характеризуются наибольшими значениями IC50 при воздействии лазером и без воздействия — 14,9 и 41,0 мг/мл, соответственно. Цитотоксичность частиц наблюдалась в концентрациях 50,0 и 25,0 мг/мл при воздействии лазерного излучения 980 нм. При воздействии лазерным излучением с длиной волны 980 нм на клеточные сфероиды во всех исследуемых концентрациях частиц отмечались мёртвые клетки и клетки с признаками апоптоза, отмечена масштабная гибель клеток. Достоверные значения были отмечены на концентрациях 25 и 12,5 мг/мл, что коррелирует с IC50 для данной клеточной культуре по исследованию цитотоксичности.
Авторы выражают благодарность д.ф.-м.н. Рябочкиной П.А., д.м.н. Куликову О.А., Жаркову М.Н., к.ф.-м.н. Кяшкину В.М., к.ф.-м.н. Табачковой Н.Ю. за помощь в проведении экспериментов и обсуждение результатов. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-72-01099, https://rscf.ru/proiect/23-72-01099/.
1. Ryabochkina P.A., Khrushchalina S.A., Belyaev A.N., et al., Quant. Electron. 2021, 51, 1038-1043.
Ш A sE 22-24 0КТЯбРЯ 2024 г-
2. Khrushchalina S.A., Yurlov I.A., Ryabochkina P.A., et al., 2022 International Conference Laser Optics (ICLO), Saint Petersburg, Russian Federation, 2022, 1-1.
