Warmte kan de sleutel zijn tot het doden van bepaalde soorten kanker, en nieuw onderzoek van een team met wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft onverwachte resultaten opgeleverd die zouden moeten helpen bij het optimaliseren van het ontwerp van magnetische nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt om warmte rechtstreeks aan kankertumoren te leveren.

In combinatie met andere behandelingen zoals radiotherapie of chemotherapie, warmte die rechtstreeks op tumoren wordt toegepast, helpt de effectiviteit van dat soort behandelingen te vergroten, en het vermindert de noodzakelijke dosis chemicaliën of straling.

Dit is waar magnetische nanodeeltjes binnenkomen. Deze ballen van ijzeroxide, slechts enkele tientallen nanometers in doorsnee, warm worden bij blootstelling aan een krachtig magnetisch veld. Hun doel is om warmte rechtstreeks naar de tumoren te brengen. materiaal onderzoek, gedeeltelijk uitgevoerd in het NIST Center for Neutron Research (NCNR), onthulde magnetisch gedrag dat contra-intuïtief bleek voor het wetenschappelijke team - een bevinding die van invloed zal zijn op welke deeltjes voor een bepaalde behandeling worden gekozen.

Het kiezen van de juiste soort deeltjes is belangrijk omdat, afhankelijk van hun structuur, ze leveren een andere dosis warmte aan de kanker. Sommige warmen eerst snel op, terwijl andere een sterker magnetisch veld nodig hebben om op gang te komen, maar uiteindelijk meer warmte afgeven.

"Je wilt je nanodeeltjes ontwerpen voor het soort kanker dat je behandelt - of het nu gelokaliseerd is of zich door het lichaam verspreidt, ", zegt Cindi Dennis van NIST. "De hoeveelheid elektriciteit die nodig is om het veld te creëren, kan 100 kilowatt of meer zijn. Dat kost veel geld, dus we willen deeltjes helpen ontwikkelen die het beste werk leveren."

Hoewel het magnetische veld dat wordt toegepast voor hyperthermie 100 tot 1 is, 000 keer zwakker dan die doorgaans wordt gebruikt voor MRI-beeldvorming, Dennis legt uit, het is een wisselveld (de magnetische polariteit wisselt snel), wat veel meer kracht vraagt.

Met collega's van de Johns Hopkins University School of Medicine, de Universiteit van Manitoba en in de industrie, het team bestudeerde twee soorten ijzeroxide-nanodeeltjes, die elk een andere interne structuur hebben. In een, ijzeroxidekristallen zijn netjes gestapeld, als bakstenen in een muur; in de andere, de regeling is meer willekeurig, als ballen in een box. Terwijl beide typen worden onderworpen aan een wisselend magnetisch veld, het team ontdekte dat de netjes gestapelde velden een sterker veld nodig hadden dan verwacht om op te warmen, terwijl de lukrake deeltjes sneller heet werden, zelfs toen het veld nog zwak was.

Er was een reis naar de NCNR voor nodig om erachter te komen waarom deze nanodeeltjes zich vreemd gedroegen. De neutronenexperimenten toonden gebieden van verschillende groottes en vormen in de deeltjes. Binnen elke regio is de zogenaamde magnetische momenten zijn uniform en wijzen in dezelfde richting. Maar de regio's zelf sloten niet op elkaar aan. Dit onverwachte gedrag tussen regio's, het blijkt, heeft een diepgaande invloed op de reactie van de nanodeeltjes op een magnetisch veld."

Materialen gedragen zich vaak onverwacht op nanoschaal, en hier hebben we nog een voorbeeld van, " zegt Dennis. "We verwachten dat het zal helpen bij het ontwerpen van betere kankerbehandelingen. Een gelokaliseerde kanker zou kunnen worden behandeld met nanodeeltjes die meteen veel warmte afgeven omdat het veld op een klein gebied kan worden gericht."