02.12.2009
В последние годы было проведено большое количество исследований, направленных на борьбу с раковыми и другими заболеваниями с помощью магнитных наночастиц. Такие наночастицы предлагают использовать в качестве контрастных агентов для получения более информативных изображений магнитного резонанса, для целевой доставки лекарств в организме, для биоразделения и гипертермии при лечении раковых заболеваний. Из комбинации магнитных материалов с биологическими молекулами и лекарствами ученые получают материалы с новыми свойствами. В большинстве экспериментальных работ фигурируют суперпарамагнитные частицы и их биоконструкции. Суперпарамагнитная природа частиц и небольшая величина намагниченности насыщения требуют использования больших магнитных полей для манипулирования. С другой стороны, сильно намагниченные частицы могут собираться в островки. Этих недостатков лишен новый метод, который разработали американские ученые для борьбы с раковыми клетками.
Исследователи из Центра наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории (Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory) предлагают использовать магнитные микродиски. При наложении переменного магнитного поля возникают колебания, которые передают механическую силу клетке. Величина ее невелика, но достаточна, чтобы разрушить мембрану раковых клеток и запустить апоптоз (естественную смерть клетки). При этом можно использовать низкочастотное магнитное поле, которое всего за десять минут разрушает 90 процентов раковых клеток in vitro, уверяют исследователи.
С помощью магнетронного распыления и оптической литографии ученые приготовили диски из железа и никеля (20%:80%), толщиной в 60 нанометров и диаметром в один микрометр, покрытые 5-нанометровым слоем золота с каждой стороны. Благодаря особой геометрии образцов и наличию магнитных материалов магнитные моменты таких дисков образуют вихреподобные структуры с замкнутым магнитным потоком и с ненулевой намагниченностью в отсутствии магнитного поля.
При наложении магнитного направления магнитных моментов изменяются, создавая компоненты намагниченности по направлению поля. Диски начинают вращаться, а их плоскости параллельны направлению магнитного поля. Сначала ученые исследовали динамику дисков в растворе жидкости в отсутствии клеток. Затем in vitro изучили взаимодействие магнитных дисков с раковыми клетками. Для этого они выбрали клетки глиобластомы (мультиформная глиома), агрессивной формы рака мозга. К золотой поверхности микродисков ученые прицепили антитела, своего рода маркеры раковых клеток. При наложении магнитного поля в несколько десятков эрстед при частоте в несколько десятков герц клеточная мембрана разрушается и запускается запрограммированная гибель раковой клетки.
Очевидно, что сила, производимая медленно осциллирующими дисками на поверхность клеток, не может полностью отвечать за полученный результат. (На основе простой магнитно-вращающейся модели ученые рассчитали, что каждый диск может генерировать силу в несколько десятков пиконьютонов, в то время, как сила, необходимая для разрушения клеточной мембраны, на порядок больше. То есть полученный результат обусловлен не только разрушением мембраны, а также запуском внутриклеточных путей активации запрограммированной смерти клеток при наложении магнитного поля.).
Авторы замечают, так как свойства дисков зависят в основном от формы – соотношения толщины и диаметра – то систему можно уменьшить, изготовив диски диаметром около ста нанометров и сохранив при этом структуру спина и магнитомеханические свойства.
Благодаря использованию магнитомягких материалов с уникальной структурой спина, биологически значимый эффект удается получить при беспрецедентно слабых магнитных полях (меньше ста эрстед) с частотой в несколько десятков герц, которые накладываются всего на десять минут (сравните с применением суперпарамагнитных частиц, когда используются сильные магнитные поля и частоты в сотни килогерц). Использование небольших магнитных полей позволит сделать лечение дешевле при минимальном вмешательстве.
Biofunctionalized magnetic-vortex microdiscs for targeted cancer-cell destruction. Dong-Hyun Kim, Elena A. Rozhkova, Ilya V. Ulasov, Samuel D. Bader, Tijana Rajh, Maciej S. Lesniak and Valentyn Novosad. Nature Materials. Published online: 29 November 2009 | DOI: 10.1038/NMat2591.
http://www.physorg.com/news178725200.html
