Pospolite pierwiastki o specjalnych właściwościach dla biomedycyny
Przedmiotem prac projektu "Fotosynteza na bazie nanokrzemowej do zastosowań chemicznych i biomedycznych" (Psy-Nano-Si) były krzem i tlen – dwa najpospolitsze pierwiastki na Ziemi. Finansowany przez UE zespół postanowił zbadać interakcje nowego typu między nimi i zająć się ważnymi problemami z zakresu biologii, chemii, medycyny i fizyki. Skupiono się głównie na poczynionych przez członków konsorcjum fundamentalnych odkryciach związanych z wytwarzaniem tlenu singletowego w obecności nanokrzemu (Si) i jego biodegradowalnością. Naukowcy za cel przyjęli wynalezienie możliwych zastosowań porowatych cząstek krzemowych zawierających luminescencyjne nanokryształy krzemowe (cząstki nano-Si) jako efektywne generatory singletowego tlenu cząsteczkowego (1O2). Zamierzali opracować biologicznie tolerowane i nieszkodliwe dla środowiska naturalnego materiały oraz prototypowe systemy, które mogłyby rywalizować z fotouczulaczami (PS) już istniejącymi w zastosowaniach fotochemicznych, biologicznych i medycznych. Zespół Psy-Nano-Si odkrył, że pewne cząstki nano-Si można produkować w dużych ilościach. Proces produkcji fotoaktywnych cząstek metodą bezpośredniego wytrawiania barwnikowego krystalicznych proszków Si oraz sprzęt skonstruowany w toku projektu można łatwo przystosować do produkcji na skalę przemysłową. Po wytrawianiu tą metodą cząstki nano-Si zawierają toksyczne zanieczyszczenia i dlatego nie nadają się bezpośrednio do zastosowań biomedycznych, ale okazało się, że procedura oczyszczania umożliwia skuteczne usunięcie substancji toksycznych. Tak oczyszczone cząstki są już do przyjęcia w biomedycynie. Powierzchnię nano-Si zmodyfikowano, nadając jej właściwości hydrofilowe oraz odporność na erozję w pewnych warunkach. W wyniku prac doświadczalnych uzyskano zmodyfikowane powierzchnie nano-Si, tworzące specyficzną warstwę ochronną umożliwiającą efektywne interakcje między pobudzonymi nanokryształami krzemu a tlenem cząsteczkowym. Stanowi to podstawę aktywności fotouczulającej. W terapii fotodynamicznej (PDT) guzów nowotworowych pacjentom podawany jest fotouczulacz, a następnie masa nowotworowa zostaje napromieniowana światłem o odpowiedniej długości fali. Mimo że zabieg ten niesie ryzyko uszkodzeń oksydacyjnych, wykazano, że poprzez działanie pośrednie prowadzi on do zniszczenia guza. Pewna liczba fotouczulaczy jest już obecna w praktyce klinicznej. Członkowie projektu opracowali pierwszy fotouczulacz PDT o charakterze ciała stałego. Jest to proszek złożony z cząstek nano-Si o wielkości mikro- i submikrometrowej, które mogą wytwarzać tlen singletowy. Zanim zakończył się projekt Psy-Nano-Si, stworzono oprogramowanie i protokoły połączeń przez Internet, przedstawiono środki zapobiegające kradzieży, a także przetestowano centralny serwer i dokonano jego próbnego uruchomienia online. W sumie projekt wskazał warunki, w których nano-Si przejawia działanie fotocytotoksyczne in vitro i fotodynamiczne in vivo. Obecnie warunki te wciąż daleko odbiegają od kryteriów aprobaty farmaceutyków PDT. Wykonane prace umożliwiły naukowcom opracowanie metod skalowalnej produkcji porowatych materiałów nanokrzemowych jako nowego rodzaju fotouczulaczy w stanie stałym i jako nośników leków. Wyniki projektu utorowały drogę dalszym badaniom nad przekształcaniem powierzchni nano-Si i ich właściwościami fotouczulającymi pod kątem zastosowań praktycznych.
