Ученые любят отправлять наночастицы на борьбу с раком, поскольку те довольно легко проникают в опухолевую ткань, и при этом не повреждают здоровую — все дело в повышенной проницаемости сосудистой системы раковых клеток.

Хорошим примером боевых наночастиц являются везикулы наружной мембраны (OMV), которые получают, собственно, из наружной мембраны культивированных бактерий. Эти липидные частицы размером от 20 до 200 нанометров являются биосовместимыми, биоразлагаемыми и могут воспроизводиться в больших объемах. Ученые вводят в них начинку из противораковых молекул и высаживают на поле боя.

Специалисты из Технического университета Мюнхена впервые предложили загружать OMV меланином. Идея простая и красивая: меланин очень легко поглощает свет — даже в инфракрасном спектре и одновременно преобразует поглощенную энергию в тепло, которое затем выделяется. Тепло в свою очередь является хорошим способом борьбы с опухолями.

Правда, сперва ученым пришлось преодолеть проблему, специфичную для меланина: он плохо растворим в воде, поэтому его трудно вводить. Тогда исследователи пошли другим путем. Они изначально сконструировали бактерии таким образом, чтобы они сами производили меланин и загружали его в свои OMV.

Готовые меланиновые наночастицы сначала протестировали в диагностике мышей с опухолями в нижней части спины. OMV вводили непосредственно в опухоль, которую затем возбуждали инфракрасными лазерными импульсами.

Был использован оптоакустический метод, сочетающий в себе преимущества оптической визуализации и ультразвуковой технологии. При этом методе слабые лазерные импульсы мягко нагревают ткань, заставляя ее ненадолго расширяться. Когда ткань снова сжимается и охлаждается, генерируются ультразвуковые сигналы.

Измеренные сигналы варьируются в зависимости от типа ткани. Ученые записывают их с помощью специальных детекторов и «переводят» в трехмерные изображения. Считается, что сенсорные молекулы или зонды (вроде OMV) могут  улучшить точность метода. На практике OMV действительно обеспечили четкие, высококонтрастные изображения опухоли.

Что касается лечения, то OMV отлично подошли для фототермической терапии, когда опухолевая ткань нагревается более сильными лазерными импульсами, чтобы убить раковые клетки. Меланин в наночастицах вызывал повышение температуры опухолевой ткани с 37 до 56 ° С. Контрольные опухоли без меланина достигли максимальной температуры 39 ° C.

Через десять дней лечения опухоли росли значительно медленнее, чем опухоли в контрольной группе, которые не получали OMV с меланином. Оказалось, что у метода есть и бонус: везикулы вызывали небольшое неспецифическое воспаление в опухолевой ткани, в результате иммунная система запускалась и атаковала опухоль изнутри.

Таким образом, меланиновые наночастицы отлично вписались в новую медицинскую ветвь под названием тераностика, где комбинируются терапия и диагностика. Теперь ученые разрабатывают OMV для широкого использования в клинической практике.