Hypertermibehandling af kræft ved hjælp af magnetiske nanopartikler:Første detaljerede belysning af varmegenereringsmekanisme

Dr. Hiroaki Mamiya, en seniorforsker i Neutronspredningsgruppen, Quantum Beam Unit, National Institute for Materials Science, Japan, i samarbejde med Prof. Balachandran Jeyadevan fra School of Engineering ved University of Shiga Prefecture har teoretisk undersøgt mekanismen for hypertermisk potensering af cancere ved hjælp af magnetiske nanopartikler, som muliggør selektiv opvarmning af skjult mikrokræftvæv, og præciserede det faktum, at nanopartiklerne under store magnetfelter danner unikke orienterede tilstande, afhængigt af subtile forskelle i deres lokale miljø i kræftvævet og dermed påvirke de optimale opvarmningsforhold.

Magnetisk termoterapi af kræftformer har få bivirkninger og aktiv forskning i denne teknik, sammen med immunterapi, er nu i gang som en fjerde behandlingsmetode, efter operationen, strålebehandling, og kemoterapi. I særdeleshed, denne teknik er effektiv mod mikrokarcinomer, der undgår påvisning. Ved målrettet magnetisk hypertermi behandling af kræftformer, magnetiske nanopartikler (nanostørrelsesmagneter), der fungerer som termiske frø under et vekslende magnetfelt, transporteres til kræftceller ved hjælp af medicinafgivelsesteknologi. Imidlertid, der er uoverensstemmelser mellem eksperimentelle resultater og forudsigelser af mængden af ​​varme genereret af de magnetiske nanopartikler baseret på de eksisterende simple modeller, og dette har været en stor hindring for at optimere designet af magnetiske partikler til praktisk anvendelse.

Konventionelt, den magnetiske respons af nanopartikler var blevet beregnet ved hjælp af analytiske løsninger af modellerne under hensyntagen til magnetostatisk energi, hvor vi kan forestille os et magnetisk kompas peger på retningen af ​​Jordens magnetfelt. Imidlertid, Dr. Mamiyas team udførte en simulering under næsten faktiske forhold, i betragtning af det faktum, at en stor mængde varme spredes ind i det omgivende kræftvæv og fandt ud af, at den orienterede tilstand af de magnetiske nanopartikler ændrer sig dramatisk afhængigt af størrelsen og formen af ​​nanopartiklerne, viskositeten af ​​deres omgivelser, og de vekslende magnetfeltbestrålingsbetingelser. Blandt disse forhold, der er tilfælde, hvor de magnetiske nanopartikler flugter i planer vinkelret på magnetfeltet i modsætning til magnetisk kompas, når et højfrekvent magnetfelt med forholdsvis svag amplitude bestråles. Desuden, denne forskning afslørede også, at de magnetiske nanopartiklers varmegenereringsegenskaber i høj grad varierer med ændringen af ​​den stabile orienteringsstruktur.

Når den viden, der er opnået i denne forskning, er verificeret og etableret ved hjælp af en in-situ observationsteknik, der anvender en kvantestråle med høj penetrerende kraft, det vil være muligt at optimere de magnetiske termiske frø og bestrålingsanordningen til egenskaberne ved det carcinom, der behandles. Dette vil være et stort fremskridt hen imod den praktiske anvendelse af hypertermibehandling af kræftformer ved hjælp af magnetiske nanopartikler.

Denne forskningspræstation vil blive annonceret den 15. november, 2011 i online-udgaven af Videnskabelige rapporter , som er et open access-tidsskrift fra Nature Publishing Group.