Dankzij het werk van een interdisciplinair team van onderzoekers van het Dartmouth Centre of Nanotechnology Excellence, gefinancierd door de National Institutes of Health, de volgende generatie magnetische nanodeeltjes (MNP's) kunnen binnenkort diepgewortelde en moeilijk bereikbare tumoren in het menselijk lichaam behandelen.

Hoewel de onderzoekers waarschuwen dat nieuwe therapieën op basis van hun ontdekkingen veilig en effectief moeten zijn in klinische onderzoeken voordat ze routinematig beschikbaar worden voor mensen met kanker, ze wijzen op het werk dat ze deze week publiceerden in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , van AIP Publishing, als belangrijke vooruitgang.

Ze creëerden een nieuwe klasse bloemvormige magnetische nanodeeltjes met superieure prestaties in magnetische velden van laag niveau en werkten hun verwarmingsmechanisme uit. Het werk biedt toekomstige suggesties voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie van onregelmatig gevormde magnetische nanodeeltjes voor hyperthermie-kankertherapie.

Wat is klinische hyperthermie? Het is een techniek waarbij de temperatuur van een deel of het hele lichaam boven normaal wordt gebracht. Van warmte is bekend dat het kankercellen beschadigt of vernietigt, maar om het veilig en effectief te benutten, verwarming moet heel specifiek worden toegepast en de tumor moet gedurende een precieze periode binnen een nauwkeurig temperatuurbereik worden gehouden.

Een manier om dit te bereiken is door nanodeeltjes toe te dienen en deze vervolgens te verwarmen met energie uit licht, geluid of wisselende magnetische golven. Dit is geen gemakkelijke opgave omdat de toegepaste alternerende radiofrequentiegolven ook in normale weefsels onnodige verhitting veroorzaken. "Daten, de meeste in de handel verkrijgbare deeltjes ontworpen voor de toepassing van hyperthermiewarmte zeer goed in een relatief hoge frequentie, sterk magnetisch veld, " zei Fridon Shubitidze, universitair hoofddocent engineering aan de Thayer School of Engineering van Dartmouth College. "Echter, er is een grens aan de frequentie en kracht die kan worden toegepast."

Wanneer het menselijk lichaam in een hoogfrequent en sterk wisselend veld wordt geplaatst, het begint op te warmen en, indien niet aangevinkt, dit kan normale cellen beschadigen. "Een manier om beschadiging van normaal weefsel te voorkomen, is door een beter begrip te krijgen van de verwarmingsmechanismen van magnetische nanodeeltjes en deze kennis te gebruiken om magnetische nanodeeltjes te maken die bij lage veldsterkten opwarmen, ' merkte Shubitidze op.

In het algemeen, bulk magnetische materialen worden warm wanneer ze een veranderend magnetisch veld ervaren. "Als het wordt verkleind tot nanogrootte, deze materialen kunnen op een paar verschillende manieren verwarmen die op grotere schaal niet voorkomen, " legde Shubitidze uit. "Sommige hebben betrekking op beweging, waarbij de deeltjes fysiek draaien en/of bewegen onder invloed van het veld, terwijl andere volledig niet-mechanisch zijn en alleen veranderingen in de richting waarin de deeltjes worden gemagnetiseerd met zich meebrengen."

Algemeen, magnetische nanodeeltjes hyperthermie bestaat uit twee hoofdstappen:levering en vervolgens activering van nanodeeltjes in tumorcellen. Zodra de magnetische nanodeeltjes in tumorcellen zijn afgeleverd, het systeem activeert een elektromagnetisch veld dat energie naar hen overdraagt, het creëren van gelokaliseerde verwarming om de tumorcellen te vernietigen.

"De lokale temperatuur is direct gerelateerd aan de grootte van het wisselende magnetische veld bij de tumor, Shubitidze legde uit. "Het wisselende magnetische veld van een spoel vervalt snel, dus om deze technologie toe te passen in gevallen waarbij tumoren diep in het lichaam betrokken zijn, zoals pancreaskankers, is voor het bereiken van een wisselend magnetisch veld met hoge amplitude in de tumor een alternerend magnetisch veld met een nog grotere amplitude aan het oppervlak nodig. Dit veld met een hoge magnitude kan ook de temperatuur in normale weefsels verhogen en de toepasbaarheid van hyperthermietherapie met magnetische nanodeeltjes beperken door niet genoeg warmte uit de deeltjes te krijgen, die zich diep in het lichaam in een tumor bevinden."

De deeltjes ontworpen, gesynthetiseerd en getest door het team tonen verbeterde prestaties bij lage veldniveaus in vergelijking met hun commercieel verkrijgbare tegenhangers.

Dit markeert een belangrijke stap in de richting van "het mogelijk maken van de behandeling van tumoren die zich diep in het lichaam bevinden, " zei Shubitidze. "Het mechanisme van de verwarming wordt bepaald door verschillende factoren, zoals de vorm van nanodeeltjes, maat, materiaalsoort en invloed van de omgeving. Analyses toonden aan dat naast mogelijke hystereseverwarming, het vermogensverliesmechanisme voor onze magnetische nanodeeltjes is magnetisch veldgestuurd viskeus wrijvingsverlies, die niet eerder werd overwogen binnen de onderzoeksgemeenschap van magnetische nanodeeltjes hyperthermie."

Op het gebied van toepassingen, magnetische nanodeeltjes hyperthermie blijkt effectief wanneer er voldoende deeltjes in de tumor zijn, wanneer de deeltjes gunstige verwarmingseigenschappen hebben, en wanneer een voldoende sterk magnetisch veld wordt geleverd. De technologie kan worden gebruikt als een op zichzelf staande therapie of als een adjuvante therapie samen met chemo- en bestralingstherapieën voor de behandeling van kanker.

De ontwikkeling van magnetische nanodeeltjes die opwarmen bij lagere veldniveaus is een "belangrijke stap in de richting van het maken van hyperthermie van magnetische nanodeeltjes tot een klinisch levensvatbare behandeling voor diepgewortelde kankers, " merkte Shubitidze op.

Wat volgt er voor het team? "We werken momenteel aan het combineren van onze magnetische nanodeeltjes en een nieuw apparaat om een ​​hogere veldsterkte aan de tumor te leveren in het geval van alvleesklierkanker, wat een bijzonder moeilijk doelwit is voor conventionele veldgenererende apparaten, ' zei Shubitidze.