Hogyan segíthetnek a szemmel nem látható, parányi nemesfémek, aranyrészecskék a betegségek korai felismerésében?

A nemesfémalapú nanoszerkezetekről és a biokolloidokról elmondhatjuk, hogy forradalmasíthatják az orvostudomány több ágát is. Például molekuláris szenzorokat és a gyógyszerhatóanyagok pontos célba juttatását biztosító segédmolekulákat fejleszthetünk belőlük. Csapó Edit, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének habilitált egyetemi docense és az MTA-SZTE Lendület Nemesfém Nanoszerkezetek Kutatócsoport vezetője olyan különleges arany nanoklasztereket (aranyrészecskék) vizsgál, amelyek a jövőben forradalmasíthatják a diagnosztikát és a gyógyszerelést.

Mi az az „arany nanoklaszter”?

Mindannyian tudjuk, hogy az arany sárga és csillogó. Ha azonban az aranyat egészen apró darabkákra szedjük szét – akkorára, amik már csak néhány tucat atomból állnak –, az anyag tulajdonságai teljesen megváltoznak. Ezek az úgynevezett nanoklaszterek már nem sárgák (elveszítik a lokalizált felületi plazmonrezonancia képességét), sőt, hétköznapi fényben nem is látszanak. Azonban van egy „szupererejük”. Ha UV-lámpával megvilágítjuk őket, fluoreszkálni kezdenek. Ez a jelenség annyira fontos a tudományban, hogy 2023-ban kémiai Nobel-díjat adtak, éppen a mérettel hangolható fluoreszcenciával rendelkező kvantumdotokért.

Csapó Edit és kutatócsoportja rájött, hogyan lehet ezeket a világító részecskéket biztonságosan, mérgező anyagok nélkül előállítani. 2017-től Csapó Edit az arany-nanoszerkezetek teljesen új mérettartományával kezdett el foglalkozni, ezen alapult Lendület-pályázata is. Ez egyedülálló kutatási terület volt akkor Magyarországon, hiszen senki más nem foglalkozott ennyire kis mérettartományú arannyal.

Ezek a nanorészecskék, aranyrészecskék úgy működnek, mint a miniatűr jelzőlámpák:

1. Ha a környezetükben (például egy vérmintában) találkoznak egy bizonyos keresett molekulával, megváltozik a fényük.
2. Vagy elalszanak, vagy még fényesebben világítanak, vagy megváltozik a színük.

Ezzel a módszerrel a kutatók már képesek kimutatni a víz vasszennyeződését, de ami még fontosabb: olyan anyagokat is azonosítottak az agyvízben, amelyek az Alzheimer-kór vagy a szklerózis multiplex korai jelei lehetnek. Így a jövőben egy egyszerű vizsgálattal, akár a tünetek megjelenése előtt diagnosztizálhatóak lennének súlyos betegségek.

A kutató és munkatársai különösen azt vizsgálták, hogyan lehet e fluoreszkáló nanorendszereket előállítani, és milyen orvosbiológiai alkalmazásaik képzelhetők el. Az utóbbi érdekében elsődleges fontosságú volt, hogy a szintézisükből kizárják a toxikus anyagok használatát. Kizárólag vizes közegben tudtak dolgozni, és olyan rendszereket állítottak elő, amelyek különböző biológiai médiumokban stabilak, és nem okoznak mellékhatásokat, de hangolni lehet a fluoreszcenciájukat. Nagyrészt erről szól a kutató Lendület-pályázata is. Az elmúlt években sikeresen szintetizáltak kék, sárga, zöld és piros fényt emittáló „nanorészecskéket”, majd miután ezeket részletesen jellemezték, különböző orvosi alkalmazások fejlesztése irányában indultak el.

Intelligens gyógyszerszállítás

A kutatás másik izgalmas területe a „biokolloidok” fejlesztése. Ezek olyan apró szállítóeszközök, amelyek:

• Célba juttatják a gyógyszert: Nem az egész szervezetet terhelik a hatóanyaggal, hanem pont oda viszik, ahol szükség van rá.
• Láthatóvá teszik az utat: A kutatók most azon dolgoznak, hogy a világító aranyrészecskéket összekapcsolják ezekkel a szállítókkal. Így a monitoron követni lehetne, pontosan merre jár a gyógyszer a beteg szervezetében.

Úgy működnek, mint egy kis lámpás – világítanak, és ha kölcsönhatnak valamivel, amire szelektívek, akkor három dolog történhet: vagy kialszik a fényük, vagy még jobban világítanak, vagy pedig megváltozik a fluoreszcencia színe. Mi főként a kioltáson alapuló rendszerek fejlesztésével foglalkoztunk.

A kutatócsoport létrehozott egy szenzort, ami ivóvíz vasszennyeződését tudta kimutatni, másik két fejlesztésük pedig a gerincvelői folyadékból mutatott ki olyan molekulákat, amelyek összefüggésbe hozhatóak későbbi idegrendszert érintő megbetegedések, például az Alzheimer-kór vagy a szklerózis multiplex kialakulásával. Ha minden kérdéses molekulára fejlesztenének egy nanorendszert (vagyis különböző fehérjéket kapcsolnának a fémmaghoz), akkor a rendelkezésünkre állna egy szenzorkészlet, amellyel teljes diagnosztikát lehet végezni egy bizonyos folyadékmintán.

Mindez azért lehet fontos, mert a betegségeket gyorsabban és pontosabban lehet felismerni, a gyógyszerek pedig hatékonyabban, kevesebb mellékhatással gyógyítanak.