Designkoncept för ett smart hypertermi nanofibersystem som använder magnetiska nanopartiklar (MNP) dispergerade i temperaturkänsliga polymerer. Läkemedel mot cancer, doxorubicin (DOX), ingår också i nanofibrerna. Nanofibrerna är kemiskt tvärbundna. Först, enhetens signal (växelmagnetfält, AMF) slås på för att aktivera MNP i nanofibrerna. Sedan, MNP genererar värme för att kollapsa polymernätverken i nanofibern, tillåter "on-off"-släpp av DOX. Både den genererade värmen och frigjorda DOX inducerar apoptos av cancerceller genom hypertermiska och kemoterapeutiska effekter, respektive.
Japanska forskare rapporterar att inkorporering av magnetiska nanopartiklar och ett anticancerläkemedel i tvärbundna polymera nanofibrer ger en dubbel behandling för att bekämpa cancer med minskade biverkningar.
Stimuli-känsliga eller "smarta" polymera nanofibrer har väckt ökad uppmärksamhet. Strukturerna i nanoskala ger upphov till hög känslighet för stimuli samtidigt som de också lätt kan manipuleras som makroskopiska material. Nu har forskare vid University of Tsukuba och National Institute of Materials Science i Japan visat hur de kan användas som värd för magnetiska nanopartiklar för att utnyttja hypertermiska effekter för att behandla cancer samtidigt som de undviker de vanliga biverkningarna. Införlivandet av doxorubicin i nanofibrerna tillåter också kontrollerad frisättning av anticancerläkemedlet som en ytterligare mekanism för att döda cancerceller.
Magnetiska nanopartiklar kan döda cancerceller genom värmen som genereras av induktion när de utsätts för ett alternerande magnetfält. Sådana hypertermiska behandlingar har också visat sig förbättra effektiviteten av läkemedel mot cancer. Men nanopartiklarna kan också leda till försämrad mitokondriell funktion, inflammation, och DNA-skador. Att införliva nanopartiklarna i nanofibrer kan ge en lösning.
Young-Jin Kim, Mitsuhiro Ebara, och Takao Aoyagi elektriserade fibrerna från en lösning av polymeren poly(NIPAAm-co-HMAAm) blandad med en lösning av magnetiska nanopartiklar och doxorubicin. Uppvärmningen som orsakas av nanopartiklarna när man slår på ett växelmagnetfält orsakade hypertermiska effekter, samt reversibel avsvällning och deformation av fibrerna, som frigjorde läkemedelsmolekylerna. Undersökningar in vitro och i cellinjer visade effektivt dödande av cancerceller, vilket reducerades kraftigt för enbart hypertermiska behandlingar i frånvaro av doxorubicin.
"Nanofibern med doxorubicin/magnetiska nanopartiklar inducerade apoptos av cancerceller på grund av en synergistisk effekt av kemoterapi och hypertermi, " säger författarna. Arbetet visar hur smarta nanofibrer har potential att användas som ett manipulativt material som kombinerar hypertermi och läkemedelsfrisättningsbehandlingar som kan kontrolleras genom att enkelt slå på eller av ett växelmagnetfält.
