Kedves Olvasó!
Lassan vége a nyárnak, néha hűvös szelek járnak... nagy bánata van a cinegemadárnak, meg egy kicsit nekem is, hiszen nagyon közeledik az ösztöndíjas időszakom vége.... Az elmúlt hónapokban sok újabb tapasztalattal lettem gazdagabb, amit igyekeztem megosztani ezen blog hasábjain is.
Ha már nyár, akkor a hőség is eszébe jut az ember lányának, amit általában igyekszik elkerülni, vagy legalábbis kellemesebbé tenni, ilyen-olyan praktikák alkalmazásával... például elutazik egy kis tengerparti nyaralásra a családdal, ha éppen klímaszünet van a munkahelyén, ott azért mégiscsak elviselhetőbb a kánikula ;) Viszont vannak olyan helyzetek, amikor éppen az a cél, hogy az élő szervezet (illetve bizonyos részeinek) hőmérsékletét jelentősen növeljük. Ilyen például a hipertermiás kezelés, így ebben e bejegyzésben ezekről a mérésekről szólnék néhány keresetlen és keresett szót. Hogy pontosan hogyan is működik ez?
Régóta ismeretes, hogy bizonyos mágneses részecskék (vas-oxidok,
kobalt-ferrit) a különféle szövetek rákos megbetegedések hőterápiás kezelésére,
a hipertermiára alkalmasak. Az elképzelés szerint a nanomágneseket tartalmazó
mágneses folyadékot a célszövetbe juttatják, majd mágneses teret
alkalmaznak. A tér hatására az eredetileg random elhelyezkedésű mágneses
momentumok az erővonalaknak megfelelően orientálódnak. A szuperparamágneses
nanorészecskék a külső mágneses tér kikapcsolását követően kétféle mechanizmus
szerint térhetnek vissza a nyugalmi állapotukba: a) hőmozgással (Brown-mozgás) méretüknél
fogva egy mágneses egységként (doménként) illetve b) Néel-rotáció útján csak a
momentum fordul vissza az eredeti állapotába. Ha váltakozó mágneses teret használunk, akkor az orientálódás és a relaxáció a tér frekvenciájának megfelelő gyorsasággal váltakozik.
Brown-mozgás: a részecske mozdul Néel-rotáció: csak a momentum fordul
A késleltetett mágneses relaxáció eredményeként bekövetkező, a
mágneses energia hőenergiává alakulása során tapasztalható hőeffektus
nagymértékben függ a részecske mágneses tulajdonságaitól, amely főként a méretük
és a mikroszerkezetük függvénye. Az enyhébb hipertermia kezelés (42-45
°C) a kemoterápiával együtt alkalmazva várhatóan növeli
annak hatékonyságát, míg magasabb hőmérsékleten (> 50 °C) a sejtek pusztulása (nekrózis, nem programozott sejthalál) következik be.
A hipertermiás kezelés hatékonyságának feltétele a fiziológiás körülmények
között nagy hőkapacitással rendelkező nanomágnesek előállítása. Mivel a
hőleadás maximumához rendelhető részecskeméret 10 és 20 nm közé esik, így
kulcsfontosságú az orvosbiológiai alkalmazásra szánt nanomágnesek méretének
optimalizálása. Ideális esetben a mágneses hipertermia kezelés során
szelektíven a rákos sejtek elpusztulnak, míg az egészségesek nem károsodnak. A
mágneses folyadékok hőtermelő képességét az ún. SAR-értékkel (SAR: specific
absorption rate) jellemzik, amely a vizsgált anyag által
felszabadított hőmennyiség tömegre vonatkoztatott nagysága (W/g):
ahol
C
a minta fajlagos hőkapacitása* (J/Kg), mS a minta tömege, mMNP a nanomágnesek tömege (g) és dT/dt a
hőmérséklet időbeli változása (K/s).(*elviekben
ez a mintában lévő anyagféleségek hőkapacitásának eredőjeként számítható, ám
általában a vízre jellemző értéket használják, mert annyira kicsi a különbség, hogy az a
SAR-értékben nem okoz jelentős eltérést)
A minta hőleadását bizonyos mértékben az alkalmazott tér erősségével
illetve frekvenciájával növelhetjük, ám ezt a humán felhasználás jelentősen
korlátozza. A mágneses folyadékok alkalmazhatóságának másik fontos feltétele
azok biokompatibilitása, amit számos MF esetén már megvizsgáltak. Mivel ezeket
az anyagokat a vérbe történő injektálás útján kívánjuk a célszövetbe
eljuttatni, így a nanomágnesek vérrel történő összeférhetősége
(hemokompatibilitás) kulcsfontosságú, amiről jelenleg még igen kevés információ
áll rendelkezésünkre.
Hogy ezt hogyan lehet élőben
vizsgálni? Vegyünk egy ismert (és ideális esetben szabályozható) paraméterekkel
rendelkező tekercset, mellyel váltakozó mágneses teret tudunk generálni és
helyezzük bele a mágneses folyadékunkat! Mérjük időben a részecskék relaxációja
által generált hőeffektust az idő függvényében más és más kísérleti körülményt (térerősség,
frekvencia, stb.) változtatva! Mi ezt a készüléket használjuk:
Magnetherm 1.5 (Nanotherics, UK)
Az alábbi grafikonon példaként
mutatok be egy töményebb és egy hígabb MF-re jellemző méréssort.
Összehasonlításként a tiszta vízre elvégzett mérési eredmények is szerepelnek az
ábrán; jól látható, hogy a víz esetén elhanyagolható a melegedés a nagyobb koncentrációjú MF-hoz képest.
És hogyan
lehet eldönteni, hogy a különböző MF-ok közül melyik jobb? Hát ehhez ki kell számolni
a tömegegységre vonatkoztatott hőeffektust, így jutunk az ún. SAR-értékhez (lásd fentebb).
Értelemszerűen minél nagyobb ez az érték, annál jobb a MF (és persze mi is
annál jobban örülünk ennek… ;)
A hemokompatibilitási kísérletek eredményei és a SAR-értékek együttes vizsgálatával már kiválaszthatóak azok a MF-ok, amelyek alkalmasak lehetnek mágneses hipertermiás kezelésre. De addig még sok a tennivaló, hiszen szép dolog az elmélet, de egy gyógyászati termék (ami jelenleg még nem létezik) megszületéséig hosszú út vezet és még csak az út elején tartunk...
Hát mára ezt szerettem volna
megosztani, további szép napot kívánok!
Üdvözlettel: Betti
Felhasznált irodalom:
QA Pankhurst, NKT Thanh, SK Jones, J Dobson, J. Phys. D: Appl. Phys.
42:224001 (15pp) (2009)
S. Mura, P. Couvreur, Advanced Drug Delivery Reviews 64, 1394–1416
(2012)
D.C.F. Chan, D.B. Kirpotin, P.A. Bunn Jr., J. Magn. Magn. Mater, 122,
374 (1993)