Bekæmpelse af kræft:Forskere udvikler en teori om nanopartiklers kollektive adfærd

Et computereksperiment udført af videnskabsmænd fra Ural Federal University sammen med kolleger fra Edinburgh viste, at det er forkert at beskrive opførselen af ​​magnetiske nanopartikler, der giver celleopvarmning, ved summen af ​​reaktioner med hver af dem:partikler interagerer konstant, og deres "kollektive adfærd" giver en unik effekt. Forskerne har offentliggjort forskningsresultaterne i Fysisk gennemgang E tidsskrift.

"Computersimuleringsteknikken er billigere end laboratorieforskning, og vi kender alle parametrene for hver partikel og alle de påvirkende faktorer, "Aleksej Ivanov, UrFU professor, siger.

Inden for rammerne af undersøgelsen, de magnetiske partikler (magnetiske materialers partikler, der er hundrede gange mindre end det tyndeste menneskehår) blev betragtet som et væsentligt element i kræftbehandlingsprocessen, når en tumor lokalt udsættes for varme, mens en patient samtidig er i kemoterapi.

"Ved at udsætte partiklerne for et eksternt magnetfelt, man kan "transportere" medicin præcist til en bestemt del af kroppen, " Ivanov forklarer. "Hvis du putter sådanne partikler i et specielt stof absorberet selektivt af kræftceller, et røntgenbillede vil give et kontrastbillede af det væv, der er ramt af tumoren."

Et vekslende magnetfelt dannet af en kilde til elektrisk vekselstrøm absorberer energi og får partikler til at rotere hurtigere og derved give opvarmning. Intensiteten af ​​partiklernes respons afhænger af forskellige faktorer:kraften af ​​magnetfeltradiatoren, frekvensen af ​​dens rotation, størrelsen af ​​nanopartiklerne, hvordan de holder sig til hinanden, etc.

UrFU professor og hans kollega Philip Camp, professor ved University of Edinburgh, forudsige reaktionen af ​​et helt "hold" af magnetiske nanopartikler til en ekstern kilde til magnetfelt med en bestemt styrke og frekvens, ved hjælp af computermodellering. Den russiske videnskabsmand var ansvarlig for den teoretiske underbygning af eksperimentet, og hans kollega fra Skotland for dens praktiske udførelse på en supercomputer. Denne forskning blev støttet af Russian Science Foundation-bevillingen.

Ifølge den klassiske Debye-teori fra 1923, partiklernes "kollektive adfærd" er beskrevet ved summen af ​​reaktionerne for hver af partiklerne sat sammen i et "ensemble". Computereksperimenter førte Ivanov og Camp til den antagelse, at dette er en misforståelse:partikler interagerer konstant, påvirke hinanden, og deres "kollektive adfærd" giver en unik effekt og koger ikke ned til summen af ​​"individuelle" reaktioner.

"Ved en bestemt frekvens af et vekslende magnetfelt, resonans forekommer:den maksimale reaktion af nanopartikler, den maksimale absorption af energi af dem og, følgelig, den maksimale opvarmning, " tilføjer Ivanov. "Som et resultat af et computereksperiment, vi identificerede to sådanne maksima, for store og små partikler, for medier med en overvægt af førstnævnte og sidstnævnte. Hvis vi anvendte Debye-formlerne til at beregne perioden og intensiteten af ​​lokal opvarmning af tumoren, vi ville give den modsatte forudsigelse og ville ikke få den bedst nødvendige effekt. Vores model viser, at i sammenligning med den klassiske Debye-formel, opvarmningsmaksima skal være en størrelsesorden mindre, og den opnåede effekt bør være dobbelt så stor."

Nu planlægger Alexey Ivanov og hans kolleger fra det tyske tekniske universitet i Braunschweig at lave en række laboratorieforsøg for at bekræfte teorien.