Nanopartikler til at dræbe kræftceller med varme

Varme kan være nøglen til at dræbe visse typer kræft, og ny forskning fra et hold, herunder National Institute of Standards and Technology (NIST) forskere, har givet uventede resultater, der skulle hjælpe med at optimere designet af magnetiske nanopartikler, der kan bruges til at levere varme direkte til kræftsvulster.

Når det kombineres med andre behandlinger såsom strålebehandling eller kemoterapi, varme påført direkte på tumorer hjælper med at øge effektiviteten af ​​disse typer behandlinger, og det reducerer den nødvendige dosis af kemikalier eller stråling.

Det er her magnetiske nanopartikler kommer ind. Disse kugler af jernoxid, kun et par snesevis af nanometer i diameter, varmes op, når de udsættes for et kraftigt magnetfelt. Deres formål er at bringe varme direkte til tumorerne. Materiale forskning, udført delvist på NIST Center for Neutron Research (NCNR), afslørede magnetisk adfærd, der viste sig at være kontraintuitiv for det videnskabelige hold - et fund, der vil påvirke, hvilke partikler der vælges til en bestemt behandling.

Det er vigtigt at vælge den rigtige slags partikler, fordi afhængig af deres struktur, de leverer en anden dosis varme til kræften. Nogle varmer hurtigt i starten, mens andre kræver et stærkere magnetfelt for at komme i gang, men i sidste ende leverer mere varme.

"Du vil designe dine nanopartikler til den slags kræft, du behandler - uanset om den er lokaliseret eller spredt gennem kroppen, " siger NISTs Cindi Dennis. "Mængden af ​​elektricitet, der er nødvendig for at skabe feltet, kan være 100 kilowatt eller mere. Det koster mange penge, så vi vil gerne hjælpe med at udvikle partikler, der vil gøre det bedste stykke arbejde."

Selvom det magnetiske felt anvendt til hypertermi er 100 til 1, 000 gange svagere end den, der typisk bruges til MR-billeddannelse, Dennis forklarer, det er et vekselfelt (den magnetiske polaritet skifter hurtigt), som kræver meget mere strøm.

Med kolleger på Johns Hopkins University School of Medicine, University of Manitoba og i industrien, holdet undersøgte to slags jernoxid-nanopartikler, som hver har en forskellig indre struktur. I en, jernoxidkrystaller er stablet pænt, som mursten i en væg; i den anden, arrangementet er mere tilfældigt, som bolde i en kravlegård. Mens begge typer udsættes for et vekslende magnetfelt, holdet opdagede, at de pænt stablede havde brug for et stærkere felt end forventet for at varme op, mens de tilfældige partikler blev hurtigere varme, selv da feltet stadig var svagt.

Det tog en tur til NCNR for at finde ud af, hvorfor disse nanopartikler opførte sig mærkeligt. Neutronforsøgene viste områder af forskellig størrelse og form i partiklerne. Inden for hver region, de såkaldte magnetiske momenter er ensartede og peger i samme retning. Men regionerne selv passede ikke ind på hinanden. Denne uventede adfærd blandt regioner, det viser sig, påvirker i høj grad nanopartiklernes reaktion på et magnetfelt."

Materialer opfører sig ofte uventet på nanoskalaen, og her har vi et andet eksempel på det, " siger Dennis. "Vi forventer, at det vil hjælpe med at designe bedre kræftbehandlinger. En lokaliseret kræftsygdom kunne behandles med nanopartikler, der afgiver masser af varme med det samme, fordi feltet kan fokuseres på en lille region."