Ученые смогут повысить эффективность «наноскальпелей» для лечения рака
10.02.2021
Красноярские ученые выяснили, что нанодиски из никеля с двусторонним золотым покрытием способны избирательно повреждать раковые клетки непосредственно в организме человека при воздействии магнитного поля. Эффективность наноскальпеля повышается за счет увеличения магнитного момента наночастиц.
«Одно из самых перспективных направлений в современной медицине – использование ферромагнитных наночастиц в неинвазивной клеточной хирургии злокачественных опухолей. Суть в том, чтобы ввести пациенту раствор таких частиц, а затем, направляя их активность с помощью магнитного поля, регулировать уничтожение раковых клеток этими «наноскальпелями». Огромным преимуществом такого метода будет адресное уничтожение опухоли без повреждения здоровых тканей», – отметил доцент кафедры общей физики Сибирского федерального университета Роман Руденко.
Сложность использования нанодисков в том, что эти частицы, обладая собственным магнитным моментом, собираются в крупные образования. Чтобы в процессе приготовления суспензии нанодиски не слипались, ученые предложили способ управления магнитным моментом при помощи механических напряжений в самом нанодиске. Предполагается, что это поможет повысить эффективность подобных систем в медицине.
Нанодиск представляет собой сердечник из ферромагнетика (никеля), «обернутый» в безопасное для человека гипоаллергенное золотое покрытие, способное удерживать специфический аптамер. Этот аптамер позволяет нанодиску прикрепляться к опухолевой клетке и разрушать ее в переменном магнитном поле. Ученые оценили механические напряжения на боковой поверхности диска, вызванные двумя факторами: неравномерным тепловым расширением слоев в процессе изготовления и избыточной поверхностной энергией на границе раздела слоев. Выяснилось, что именно избыточная поверхностная энергия является основной причиной изменения поля локальной анизотропии в окрестности края нанодиска.
Увеличение эффективности «наноскальпеля» за счет увеличения магнитного момента наночастиц может вызвать нежелательное «слипание» наночастиц в процессе приготовления суспензии. Ученые задались целью соблюсти компромисс между этими явлениями.
«Мы показали, что в трехслойном нанодиске из никеля с золотым покрытием тенденцию к образованию вихря, уменьшающего магнитный момент, можно подавить эффектами, такими как магнитострикция, поверхностная анизотропия, тепловое расширение слоев, а также вариация толщины слоев», – добавил Роман Руденко.
Эти результаты в перспективе позволят создавать нанодиски, магнитный момент которых можно будет задавать в процессе изготовления, а также управлять им впоследствии.
В работе принимали участие исследователи СФУ, Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого.
«Одно из самых перспективных направлений в современной медицине – использование ферромагнитных наночастиц в неинвазивной клеточной хирургии злокачественных опухолей. Суть в том, чтобы ввести пациенту раствор таких частиц, а затем, направляя их активность с помощью магнитного поля, регулировать уничтожение раковых клеток этими «наноскальпелями». Огромным преимуществом такого метода будет адресное уничтожение опухоли без повреждения здоровых тканей», – отметил доцент кафедры общей физики Сибирского федерального университета Роман Руденко.
Сложность использования нанодисков в том, что эти частицы, обладая собственным магнитным моментом, собираются в крупные образования. Чтобы в процессе приготовления суспензии нанодиски не слипались, ученые предложили способ управления магнитным моментом при помощи механических напряжений в самом нанодиске. Предполагается, что это поможет повысить эффективность подобных систем в медицине.
Нанодиск представляет собой сердечник из ферромагнетика (никеля), «обернутый» в безопасное для человека гипоаллергенное золотое покрытие, способное удерживать специфический аптамер. Этот аптамер позволяет нанодиску прикрепляться к опухолевой клетке и разрушать ее в переменном магнитном поле. Ученые оценили механические напряжения на боковой поверхности диска, вызванные двумя факторами: неравномерным тепловым расширением слоев в процессе изготовления и избыточной поверхностной энергией на границе раздела слоев. Выяснилось, что именно избыточная поверхностная энергия является основной причиной изменения поля локальной анизотропии в окрестности края нанодиска.
Увеличение эффективности «наноскальпеля» за счет увеличения магнитного момента наночастиц может вызвать нежелательное «слипание» наночастиц в процессе приготовления суспензии. Ученые задались целью соблюсти компромисс между этими явлениями.
«Мы показали, что в трехслойном нанодиске из никеля с золотым покрытием тенденцию к образованию вихря, уменьшающего магнитный момент, можно подавить эффектами, такими как магнитострикция, поверхностная анизотропия, тепловое расширение слоев, а также вариация толщины слоев», – добавил Роман Руденко.
Эти результаты в перспективе позволят создавать нанодиски, магнитный момент которых можно будет задавать в процессе изготовления, а также управлять им впоследствии.
В работе принимали участие исследователи СФУ, Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого.
