Värme kan vara nyckeln till att döda vissa typer av cancer, och ny forskning från ett team inklusive National Institute of Standards and Technology (NIST) forskare har gett oväntade resultat som ska hjälpa till att optimera designen av magnetiska nanopartiklar som kan användas för att leverera värme direkt till cancertumörer.

I kombination med andra behandlingar som strålbehandling eller kemoterapi, värme som appliceras direkt på tumörer hjälper till att öka effektiviteten av dessa typer av behandlingar, och det minskar den nödvändiga dosen kemikalier eller strålning.

Det är här magnetiska nanopartiklar kommer in. Dessa kulor av järnoxid, bara några tiotals nanometer i diameter, värms upp när de utsätts för ett kraftfullt magnetfält. Deras syfte är att ge värme direkt till tumörerna. Materialforskning, utförs delvis vid NIST Center for Neutron Research (NCNR), avslöjade magnetiskt beteende som visade sig vara ointuitivt för det vetenskapliga teamet - ett fynd som kommer att påverka vilka partiklar som väljs för en viss behandling.

Att välja rätt typ av partiklar är viktigt eftersom, beroende på deras struktur, de levererar en annan dos värme till cancern. En del värms upp snabbt först, medan andra kräver ett starkare magnetfält för att komma igång men i slutändan leverera mer värme.

"Du vill designa dina nanopartiklar för den typ av cancer du behandlar - oavsett om det är lokaliserat eller sprids genom kroppen, "säger NIST:s Cindi Dennis." Den mängd el som behövs för att skapa fältet kan vara 100 kilowatt eller mer. Det kostar mycket pengar, så vi vill hjälpa till att konstruera partiklar som gör det bästa jobbet. "

Även om magnetfältet som tillämpas för hypertermi är 100 till 1, 000 gånger svagare än den som vanligtvis används för MR -avbildning, Dennis förklarar, det är ett växlande fält (magnetpolariteten växlar snabbt), vilket kräver mycket mer kraft.

Med kollegor vid Johns Hopkins University School of Medicine, University of Manitoba och inom industrin, laget studerade två typer av järnoxid-nanopartiklar, var och en har en annan inre struktur. I ett, järnoxidkristaller staplas snyggt, som tegel i en vägg; i den andra, arrangemanget är mer slumpmässigt, som bollar i en lekhage. Medan båda typerna utsätts för ett växlande magnetfält, laget upptäckte att de snyggt staplade behövde ett starkare fält än väntat för att värma upp, medan de slumpmässiga partiklarna blev snabbare heta, även när fältet fortfarande var svagt.

Det tog en resa till NCNR för att ta reda på varför dessa nanopartiklar agerade konstigt. Neutronförsöken visade regioner av olika storlekar och former i partiklarna. Inom varje region, de så kallade magnetiska momenten är enhetliga och pekar i samma riktning. Men regionerna själva anpassade sig inte till varandra. Detta oväntade beteende bland regioner, det visar sig, påverkar djupt nanopartiklarnas svar på ett magnetfält. "

Material beter sig oväntat på nanoskala, och här har vi ett annat exempel på det, "Dennis säger." Vi förväntar oss att det kommer att hjälpa till att designa bättre cancerbehandlingar. En lokal cancer kan behandlas med nanopartiklar som ger ut mycket värme direkt eftersom fältet kan fokuseras på en liten region. "