Гипертермическое лечение рака с помощью магнитных наночастиц: Впервые детально выяснен механизм генерации тепла

Исследователи из Японии теоретически изучили механизм гипертермического потенцирования рака с помощью магнитных наночастиц, что позволяет селективно нагревать скрытую микроскопическую раковую ткань. Они выяснили, что наночастицы в сильных магнитных полях формируют уникальные ориентационные состояния, зависящие от тонких различий в их локальном окружении в раковой ткани, что, в свою очередь, влияет на оптимальные условия нагрева.

Магнитная термотерапия рака имеет мало побочных эффектов. Активные исследования этой техники, наряду с иммунотерапией, ведутся как четвертый метод лечения после хирургии, радиотерапии и химиотерапии. Техника особенно эффективна против микрокарцином, ускользающих от обнаружения.

При целевой магнитной гипертермии магнитные наночастицы (наноразмерные магниты), выступающие в роли тепловых "семян" в переменном магнитном поле, доставляются к раковым клеткам с помощью технологий направленной доставки лекарств. Однако несоответствия между экспериментальными результатами и предсказаниями количества генерируемого тепла на основе существующих простых моделей были главным препятствием для оптимизации дизайна частиц.

Обычно магнитный отклик наночастиц рассчитывали с помощью аналитических решений моделей, учитывающих магнитостатическую энергию (аналогично магнитной стрелке компаса). Однако команда провела моделирование в условиях, близких к реальным, учитывая факт рассеивания большого количества тепла в окружающую раковую ткань.

Было обнаружено, что ориентационное состояние наночастиц кардинально меняется в зависимости от:

• размера и формы наночастиц,
• вязкости их окружения,
• условий облучения переменным магнитным полем.

В некоторых условиях, например, при облучении высокочастотным полем со сравнительно слабой амплитудой, наночастицы могут выстраиваться в плоскости, перпендикулярные магнитному полю (в отличие от стрелки компаса). Исследование также показало, что теплообразующая способность наночастиц сильно варьируется при изменении их устойчивой ориентационной структуры.

После проверки и подтверждения этих знаний с помощью in-situ техник наблюдения с использованием высокопроникающих квантовых пучков, станет возможной оптимизация магнитных тепловых "семян" и устройства облучения под конкретные характеристики карциномы. Это станет крупным шагом к практическому применению гипертермии на основе магнитных наночастиц.

Результаты исследования были опубликованы 15 ноября 2011 года в онлайн-версии журнала Scientific Reports (Nature Publishing Group).