Nyligen genomförda ansträngningar mellan University of Maryland (UMD) och Bethesda-baserade Weinberg Medical Physics LLC (WMP) har lett till en ny teknik för att magnetiskt leverera läkemedelsbärande partiklar till svåråtkomliga mål. Metoden har potential att förändra hur djupvävnadstumörer och andra sjukdomar behandlas.
UMD Fischell Institutionen för bioteknik (BioE) alumn Dr. Aleksandar Nacev och BioE och Institutet för systemforskning Professor Benjamin Shapiro har slagit sig ihop med WMP för att utnyttja snabba pulserande magnetfält för att fokusera nanoterapeutiska magnetiska partiklar till djupa mål.
I åratal, Forskare har arbetat med magnetiska nanopartiklar laddade med terapier – såsom läkemedel eller gener – för att utveckla icke-invasiva tekniker för att rikta terapier och diagnostik till mål i kroppen. Forskning om magnetiska nanopartiklar fick mediauppmärksamhet i oktober, när Google X (Googles innovationslabb dedikerat till att främja stora tekniska framsteg) tillkännagav sitt intresse för användningen av magnetiska nanopartiklar för diagnostiska tillämpningar.
Istället för kirurgi eller systemiskt administrerade behandlingar, som kemoterapi, Användningen av magnetiska partiklar som läkemedelsbärare kan potentiellt tillåta läkare att använda externa elektromagneter för att fokusera terapin till de exakta platserna för en sjukdom inom en patient. Dock, tills nu, partiklar kunde bara attraheras av en magnet, och kunde således inte koncentreras till punkter bort från magnetytan. Som ett resultat, i tidigare kliniska prövningar hade magneter som hölls utanför kroppen endast kunnat koncentrera behandlingen till mål vid eller strax under hudytan.
"Vad vi har visat experimentellt är att genom att utnyttja nanorodernas fysik kan vi använda snabba pulsade magnetfält för att fokusera partiklarna till ett djupt mål mellan magneterna, sa Shapiro.
Dessa pulserade magnetfält gjorde det möjligt för teamet att vända det vanliga beteendet hos magnetiska nanopartiklar. Istället för att en magnet drar till sig partiklarna, de visade att en initial magnetisk puls kan orientera de stavformade partiklarna utan att dra dem, och sedan kan en efterföljande puls trycka partiklarna innan partiklarna kan omorientera. Genom att upprepa pulserna i följd, partiklarna fokuserades till platser djupt mellan elektromagneterna.
"Den heliga graalen av magnetisk läkemedelsinriktning är drömmen om att använda magneter utanför kroppen för att minimalt invasivt rikta läkemedelsterapi till var som helst i kroppen, till exempel, till inoperabla djupa tumörer eller till delar av hjärnan som har skadats av trauma, vaskulära eller degenerativa sjukdomar, " sa Dr. Irving Weinberg, en praktiserande läkare och VD för WMP. "Vi har visat att snabb pulsering av externa elektromagnetiska fält kanske kan uppnå detta mål."
Studien, publiceras denna vecka i Nanobokstäver under titeln "Dynamisk inversion gör det möjligt för externa magneter att koncentrera ferromagnetiska stavar till ett centralt mål, " visar att, med lämpliga externa magnetiska pulser, ferromagnetiska partiklar som bär droger eller molekyler kan koncentreras till godtyckliga djupa platser mellan magneter. Nacev, Weinberg, Shapiro och deras forskarkollegor arbetar nu för att demonstrera denna metod in vivo för att bevisa dess terapeutiska potential, i ett projekt finansierat av National Cancer Institute (NCI) Small Business Innovation Research-programmet och presenterades på den NCI-sponsrade investerarkonferensen i San Francisco. Dessutom, forskargruppen lanserade nyligen IronFocus Medical, Inc., ett startup-företag etablerat för att kommersialisera sin uppfinning. Mer information om IronFocus Medical, Inc. finns tillgängligt online på www.ironfocusmedical.com.
"Denna teknik kan möjliggöra en ny terapeutisk modalitet som kombinerar den rumsliga precisionen hos traditionell bildstyrd strålning med den biokemiska specificiteten hos molekylär medicin, " sa Dr. John R. Adler, Vice vd och chef för nya kliniska applikationer för Varian Medical Systems.
