Жаропрочный и тяжёлый металл "для пушек и снарядов" – вольфрам – с развитием нанотехнологий буквально ворвался в мирную жизнь. Ему нашлось применение в микроэлектронике и оптоэлектронике, в создании солнечных элементов и светодиодов на квантовых точках, в производстве чистого водорода и метанола. Вольфрам используют в качестве фотокатализатора при очистке и обеззараживании сточных вод, а также при изготовлении синтетической нефти.
Одной из наиболее перспективных областей применения 74-го элемента таблицы Менделеева считается биомедицина. Из-за физико-химических свойств вольфрама, в частности, эффективной поглощающей способности рентгеновского излучения, его соединения рассматривают как возможную основу для создания нового класса рентгеноконтрастных препаратов, в том числе для компьютерной томографии, которая становится незаменимым методом диагностики и исследования многих заболеваний.
Поясним, что компьютерная томография (КТ) представляет собой метод визуализации внутренних органов пациента. По сути, это реконструкция изображения внутренних органов на основании одномерных или двухмерных проекций, полученных при прохождении рентгеновского излучения через ткани. При этом вокруг объекта одновременно вращаются источник рентгеновского излучения и расположенный напротив него детектор.
Для получения качественных томограмм необходимо, чтобы в исследуемой зоне между органами была визуально различимая разница в ослаблении рентгеновского излучения. Чтобы добиться такой разницы и, соответственно, лучше отличать органы друг от друга, а нормальные структуры – от патологических, используются различные методики усиления. Обычно они подразумевают применение рентгеноконтрастных веществ – определённых химических элементов, которые тем или иным способом вводят в тело пациента в виде растворов.
Доказано, что наибольший эффект ослабления излучения достигается при использовании химических элементов с большой массой атома. Ттяжёлых элементов в таблице Менделеева достаточно много. Однако выбор резко сужается, если учитывать пять основных критериев их возможного клинического использования в КТ. Это эффективная рентгеноконтрастность, селективное распределение, отсутствие фармакологического и/или токсикологического эффекта, стабильность in vitro и in vivo (то есть в пробирке и в живом организме), стоимость и доступность.
В настоящее время всем этим критериям соответствуют только два химических элемента: йод и барий. Первый в составе определённого раствора пациенту вводят внутривенно, второй дают выпить (это примерно полстакана мутной взвеси с консистенцией сметаны). Но и у этих препаратов есть недостатки. Чтобы получить контрастный рентгеновский снимок исследуемого органа, человеку необходимо получить относительно большое количество растворов этих соединений, что, увы, является весьма сомнительным удовольствием. А йод к тому же нередко вызывает нежелательные побочные эффекты.
Учёные из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова и Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН в ходе исследований пришли к выводу, что вольфрам имеет все шансы заменить в рентегнографии и йод, и барий.
Специалисты показали, что наночастицы вольфрама биобезопасны для клеток человека даже в высоких концентрациях, а также разработали схему синтеза высоко закристаллизованных наночастиц триоксида вольфрама, которые могут лечь в основу нового рентгеноконтрастного вещества.
Более того, в процессе работы с нанокристаллическим триоксидом вольфрама выяснилось, что это соединение имеет и ряд других полезных свойств, которые можно использовать в разных областях медицины.
"Ранее мы синтезировали и исследовали фотохромные наночастицы оксида вольфрама, которые обладают ярко выраженной бактерицидной активностью в отношении граммположительных и граммотрицательных бактерий, а также селективной фотокаталитической активностью в отношении раковых клеток, что в перспективе может быть использовано в фотодинамической терапии онкологических заболеваний, – комментирует один из авторов исследования, научный сотрудник ИТЭБ РАН Антон Попов. – Таким образом, наша команда работает в двух направлениях: разработка рентгеноконтрастного вещества и создание нового класса фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии рака. Нами уже получен патент РФ на схему синтеза".
Российские учёные совместно с коллегами из Китая и Украины по итогам этой работы опубликовали научную статью в издании Journal of Nanomaterials.
Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о новой технологии, которая позволит медикам увидеть тело человека "насквозь".
