Behöver du döda tumörer? Lägg bara till värme.

Det är löftet om uppvärmda magnetiska nanopartiklar, en futuristiskt klingande teknik som en dag kan användas för att steka och utrota cancerceller utan att skada frisk vävnad någon annanstans i kroppen.

Ny forskning som leds av universitetet i Buffalo utvecklar detta koncept, med forskare som utvecklar nanopartiklar som kan zappa tumörer med betydande mängder värme under ett lågt magnetfält. Studien publicerades online den 21 juni i tidskriften Små , och valdes ut som en framtida omslagsartikel.

"Huvudprestationen för vårt arbete är den kraftigt förbättrade uppvärmningsprestandan för nanopartiklar under lågfältförhållanden som är lämpliga för kliniska tillämpningar. Den bästa värmeeffekten vi erhållit ligger nära den teoretiska gränsen, mycket högre än några av de bäst presterande partiklarna som andra forskargrupper har tagit fram, "säger Hao Zeng, Ph.D., professor i fysik vid UB College of Arts and Sciences, som ledde projektet.

Han förklarar att terapin har ett antal potentiella fördelar jämfört med andra behandlingsvägar. Det är minimalt invasivt, och förväntas inte generera den typ av allvarliga biverkningar som ofta är förknippade med kemoterapi och strålning, han säger.

"Behandlingen kommer bara att värma upp regionen där nanopartiklar är utan att påverka friska vävnader som ligger längre bort, så vi räknar med få biverkningar, "Säger Zeng." Dessutom, magnetfältet som används för att excitera partiklarna kan tränga djupt in i kroppen från ett instrument som inte kräver någon kontakt eller insättning av sonder. Som sådan, terapin kan nå delar av kroppen som inte är lättåtkomliga för operation. "

Studien var ett samarbete mellan UB; Capital Normal University i Peking, Kina; det kinesiska PLA General Hospital i Peking; och University of Nebraska Omaha. Shuli He, Ph.D., gästforskare vid UB från Capital Normal University, var första författare.

Noggrant avstämda magnetiska egenskaper

Mycket mer forskning måste göras innan nanopartiklarna är tillgängliga för patienter.

Men så här skulle terapin fungera:Först, läkare skulle använda inriktningsteknik för att styra nanopartiklar till tumörer i patienternas kroppar. Sedan, exponering för ett växlande magnetfält skulle få partiklarnas magnetiska orientering att vända fram och tillbaka hundratusentals gånger per sekund. Denna process skulle få partiklarna att värmas upp när de absorberade energi från det elektromagnetiska fältet och omvandlade det till termisk energi i de riktade regionerna.

Denna form av cancerbehandling är känd som magnetisk nanopartikelhypertermi, och det är inte nytt. Men Zeng och kollegor designade nya magnetiska nanopartiklar som blir varmare och genererar värme några gånger snabbare än några av de högst presterande magnetiska nanopartiklarna som studerats under lågfältförhållanden, han säger.

"Inom kroppen, värmeenergin förs kontinuerligt bort - t.ex. genom blodflöde - vilket gör det svårt att nå den önskade temperaturen för att döda cancerceller, "Zeng säger." Man behöver partiklar med högsta möjliga värmeeffekt. Våra partiklar har visat imponerande värmeeffekt även vid låg magnetfältamplitud och frekvens som anses vara säker för människokroppen. "

Teamet tillverkade två typer av nanopartiklar, var och en består av metalllegeringar valda för sin förmåga att alstra värme under ett magnetfält. En av de nya nanopartiklarna innehåller mangankoboltferrit, medan den andra är tillverkad av zinkferrit.

Mangan-kobolt-ferritpartiklarna uppnådde maximal värmeeffekt under höga magnetfält. Men de biokompatibla zinkferritpartiklarna värms upp med imponerande effektivitet under ett extremt lågt fält.

"Slutsatsen är att våra zinkferritpartiklar är utformade för låga fält som är lämpliga för kliniska tillämpningar, "Zeng säger." För andra partiklar som rapporteras i litteraturen, fältet som används är vanligtvis högre. De flesta av dessa andra partiklar kan inte värmas vid våra valda fältparametrar. "

Testad i magnetiskt bencement

Zeng tänker sig behandling av bencancer som en tidig applikation för uppvärmda magnetiska nanopartiklar.

Som han förklarar, "Vanligtvis, efter en operation för att ta bort bentumörer, ett syntetiskt material som kallas bencement injiceras för att fylla tomrummen. Om vi ​​introducerar våra nanopartiklar i bencementet, de kan värmas efter behov för att döda eventuella tumörceller som finns kvar i närheten, och hjälper till att förhindra att cancer återkommer. "

För att simulera detta scenario, Zeng och kollegor inbäddade sina zinkferrit -nanopartiklar i bencement och använde det för att värma upp en fläskribba. Med bara ett litet antal nanopartiklar (1 procent av bencementet, efter vikt), experimentuppsättningen nådde en temperatur som var tillräckligt hög för att döda tumörceller.