Наночастицы для уничтожения раковых клеток теплом

Новое исследование, проведенное командой с участием ученых из Национального института стандартов и технологий (NIST), показало неожиданные результаты, которые помогут оптимизировать дизайн магнитных наночастиц для доставки тепла непосредственно в раковые опухоли.

Тепло, применяемое напрямую к опухолям в сочетании с радиотерапией или химиотерапией, повышает эффективность лечения и позволяет снизить дозу химических веществ или радиации.

Для этой цели используются магнитные наночастицы — шарики оксида железа диаметром в несколько десятков нанометров, которые нагреваются под воздействием мощного магнитного поля. Материаловедческие исследования, частично проведенные в Центре нейтронных исследований NIST (NCNR), выявили контр-интуитивное магнитное поведение, которое повлияет на выбор частиц для конкретного лечения.

Выбор правильного типа частиц важен, так как в зависимости от их структуры они доставляют разную дозу тепла. Одни нагреваются быстро изначально, другим требуется более сильное магнитное поле, но в итоге они выделяют больше тепла.

«Вы хотите спроектировать свои наночастицы под конкретный тип рака — локализованный или распространенный по телу», — говорит Синди Деннис из NIST. «Для создания поля может потребоваться 100 киловатт или более. Это дорого, поэтому мы хотим помочь создать частицы, которые будут работать наилучшим образом».

Хотя магнитное поле, применяемое для гипертермии, в 100–1000 раз слабее, чем при МРТ-сканировании, оно является переменным (магнитная полярность быстро меняется), что требует значительно больше энергии.

Команда изучила два типа наночастиц оксида железа с разной внутренней структурой:

• В одних кристаллы оксида железа уложены аккуратно, как кирпичи в стене.
• В других расположение более хаотичное, как шарики в манеже.

При воздействии переменным магнитным полем выяснилось, что аккуратно уложенным частицам для нагрева требуется более сильное поле, чем ожидалось. Хаотичные же частицы нагревались быстрее даже при слабом поле.

Нейтронные эксперименты в NCNR показали причину: внутри частиц существуют области разного размера и формы. Внутри каждой области магнитные моменты однородны и направлены в одну сторону, но сами области друг с другом не выровнены. Это неожиданное поведение существенно влияет на реакцию наночастиц на магнитное поле.

«Материалы часто ведут себя неожиданно в наномасштабе, и здесь у нас еще один пример этого», — говорит Деннис. «Мы ожидаем, что это поможет разработать более эффективные методы лечения рака. Локализованный рак можно лечить наночастицами, которые сразу выделяют много тепла, так как поле можно сфокусировать на небольшой области».