Noodzaak om tumoren te doden? Voeg gewoon warmte toe.

Dat is de belofte van verwarmde magnetische nanodeeltjes, een futuristisch klinkende technologie die ooit zou kunnen worden gebruikt om kankercellen te braden en uit te roeien zonder gezond weefsel elders in het lichaam te beschadigen.

Nieuw onderzoek onder leiding van de Universiteit van Buffalo bevordert dit concept, met wetenschappers die nanodeeltjes ontwikkelen die tumoren kunnen zappen met aanzienlijke hoeveelheden warmte onder een laag magnetisch veld. De studie werd op 21 juni online gepubliceerd in het tijdschrift Klein , en werd geselecteerd als een toekomstig omslagartikel.

"De belangrijkste prestatie van ons werk is de sterk verbeterde verwarmingsprestaties van nanodeeltjes onder lage veldomstandigheden die geschikt zijn voor klinische toepassingen. Het beste verwarmingsvermogen dat we hebben verkregen, ligt dicht bij de theoretische limiet, die enkele van de best presterende deeltjes die andere onderzoeksteams hebben geproduceerd aanzienlijk overtreft, " zegt Hao Zeng, doctoraat, hoogleraar natuurkunde aan het UB College of Arts and Sciences, die het project leidde.

Hij legt uit dat de therapie een aantal potentiële voordelen heeft ten opzichte van andere behandelingsroutes. Het is minimaal invasief, en zal naar verwachting niet het type ernstige bijwerkingen veroorzaken dat vaak wordt geassocieerd met chemotherapie en bestraling, hij zegt.

"De behandeling zal alleen de regio opwarmen waar nanodeeltjes zijn zonder gezonde weefsels die verder weg zijn aan te tasten, dus we verwachten weinig bijwerkingen, " zegt Zeng. "Bovendien, het magnetische veld dat wordt gebruikt om de deeltjes te exciteren, kan diep in het lichaam doordringen vanuit een instrument dat geen contact of het inbrengen van sondes vereist. Als zodanig, de therapie kan delen van het lichaam bereiken die niet gemakkelijk toegankelijk zijn voor chirurgie."

Het onderzoek was een samenwerking tussen UB; Capital Normal University in Peking, China; het Chinese PLA General Hospital in Peking; en de Universiteit van Nebraska Omaha. Shuli Hij, doctoraat, een gastonderzoeker aan de UB van Capital Normal University, was eerste auteur.

Zorgvuldig afgestemde magnetische eigenschappen

Er moet nog veel meer onderzoek worden gedaan voordat de nanodeeltjes beschikbaar zijn voor patiënten.

Maar hier is hoe de therapie zou werken:Ten eerste, artsen zouden targetingtechnologieën gebruiken om nanodeeltjes naar tumoren in het lichaam van patiënten te leiden. Vervolgens, blootstelling aan een wisselend magnetisch veld zou ertoe leiden dat de magnetische oriëntatie van de deeltjes honderdduizenden keren per seconde heen en weer gaat. Dit proces zou ervoor zorgen dat de deeltjes opwarmen terwijl ze energie uit het elektromagnetische veld absorberen en deze omzetten in thermische energie in de beoogde gebieden.

Deze vorm van kankerbehandeling staat bekend als magnetische nanodeeltjes hyperthermie, en het is niet nieuw. Maar Zeng en collega's ontwierpen nieuwe magnetische nanodeeltjes die heter worden en een paar keer sneller warmte genereren dan sommige van de best presterende magnetische nanodeeltjes die zijn bestudeerd onder omstandigheden met weinig veld, hij zegt.

"Binnen het lichaam, warmte-energie wordt continu afgevoerd, bijvoorbeeld door de bloedstroom - waardoor het moeilijk wordt om de vereiste temperatuur te bereiken om kankercellen te doden, Zeng zegt. "Je hebt deeltjes nodig met het hoogst mogelijke verwarmingsvermogen. Onze deeltjes hebben een indrukwekkend verwarmingsvermogen laten zien, zelfs bij een lage magnetische veldamplitude en -frequentie die als veilig wordt beschouwd voor het menselijk lichaam."

Het team maakte twee soorten nanodeeltjes, elk bestaande uit metaallegeringen gekozen vanwege hun vermogen om warmte te genereren onder een magnetisch veld. Een van de nieuwe nanodeeltjes bevat mangaankobaltferriet, terwijl de andere is gemaakt van zinkferriet.

De mangaan-kobalt-ferrietdeeltjes bereikten het maximale verwarmingsvermogen onder hoge magnetische velden. Maar de biocompatibele zinkferrietdeeltjes werden met indrukwekkende efficiëntie opgewarmd onder een ultralaag veld.

"Het komt erop neer dat onze zinkferrietdeeltjes zijn ontworpen voor lage velden die geschikt zijn voor klinische toepassingen, Zeng zegt. Voor andere deeltjes die in de literatuur worden vermeld, het gebruikte veld is meestal hoger. De meeste van deze andere deeltjes kunnen niet opwarmen bij de door ons gekozen veldparameters."

Getest in magnetisch botcement

Zeng ziet de behandeling van botkanker als een vroege toepassing voor verwarmde magnetische nanodeeltjes.

Zoals hij uitlegt, "Typisch, na een operatie om bottumoren te verwijderen, een synthetisch materiaal genaamd botcement wordt geïnjecteerd om de holtes te vullen. Als we onze nanodeeltjes in het botcement brengen, ze kunnen op verzoek worden verwarmd om eventuele tumorcellen die in de buurt blijven te doden, en helpen voorkomen dat de kanker terugkeert."

Om dit scenario te simuleren, Zeng en collega's stopten hun zinkferriet-nanodeeltjes in botcement en gebruikten het om een ​​varkensribstuk op te warmen. Met slechts een klein aantal nanodeeltjes (1 procent van het botcement, bij gewicht), de experimentele opstelling bereikte een temperatuur die hoog genoeg was om tumorcellen te doden.