Magnetinės dalelės medicinoje [Mokslo populiarinimo konkursas]

Dvidešimtasis mokslo populiarinimo konkurso darbas. Vilniaus universiteto, chemijos ir geomokslų fakulteto magistrantas Simonas Ramanavičius pristato magnetinių nanodalelių pritaikymą medicinoje. Skaitykite tekstą žemiau.

Magnetinės nanodalelės medicinoje

Simonas Ramanavičius

Nanotechnologijos – tai sąvoka, kuri jau seniai nebegąsdina plačiosios visuomenės, tačiau tuo pačiu ne visi ir ne visada žinome, kur šios technologijos yra arba gali būti pritaikomos. Tikriausiai ne visi esate girdėję ir apie magnetines nanodaleles, o apie jų panaudojimą žinių turite dar mažiau. Nepaisant to, jų pritaikymas yra platus, o ko gero įdomiausia dalis tai jų panaudojimas medicinoje.

Magnetizmas medicinoje taikomas jau ne vieną dešimtmetį, tačiau pastaruoju metu mokslui žengiant į priekį ir įvaldžius technologijas leidžiančias sintetinti ypatingai mažas nanometrų dydžio magnetines struktūras atsiranda naujų pritaikymo sričių. Tą įrodo ir 2016 metais išspausdintas apžvalginis straipsnis teigiantis, kad magnetinėmis nanodalelėmis domisi ir ne viena tarptautinį pripažinimą turinti organizacija, pavyzdžiui: JAV Aplinkos apsaugos agentūra (US Environmetal Protection Agnecy), Pasaulio sveikatos organizacija (World Health Organization), Europos komisija (The European Commision), Ekonominio bendradarbiavimo ir plėtros organizacija (The European Commision, Organization for Economic Co-operation and Development). Taip pat šios organizacijos remia ir skatina tolimesnius tyrimus, siekiant surinkti daugiau informacijos apie magnetinių nanodalelių naudą bei keliamus pavojus.

Daugiausiai mokslininkų, ir kitų sričių specialistų dėmesio sulaukia magnetinės geležies oksido nanodalelės. Yra žinomi 8 geležies oksidai, iš kurių plačiausiai ištirti ir dėl savo unikalių biocheminių, magnetinių bei kitų savybių naudojami magnetitas (Fe3O4), maghemitas (Fe2O3) ir hematitas (α-Fe2O3). Taip pat, daug susidomėjimo sulaukia magnetito atmainos, vadinamieji feritai, kurių sudėtyje yra kobalto, cinko arba nikelio.

1 pav. Magnetinės kobalto ferito nanodalelės. Aut. Simonas Ramanavičius (CC BY-NC-SA 4.0).
1 pav. Magnetinės kobalto ferito nanodalelės. Aut. Simonas Ramanavičius (CC BY-NC-SA 4.0).

Visos šios išvardintos struktūros pasižymi geru biosuderinamumu, tai reiškia, nėra žalingos organizmui. Tai yra logiška atsižvelgiant į tai, kad tiek kobalto, tiek geležies, tiek cinko nemažai aptinkama ir žmogaus organizme. Kiek kitokia situacija yra su nikeliu, nes kaip žinia, tai yra toksiškas metalas. Norint išvengti galimos žalos organizmui, paprastai nanodalelės yra dar papildomai padengiamos įvairiomis mūsų organizmui draugiškomis medžiagomis, tokiu būdu sumažinant galimą žalą, ir tuomet net toks toksiškas metalas, kaip nikelis gali būti panaudojamas tam tikrą laiką. Taip ir panašiais metodais paruoštos magnetinės nanodalelės gali būti taikomos medicinoje. Pagrindinės dvi taikymo kryptys yra magnetinio rezonanso vaizdinimas bei hiperterminiai gydymo metodai.

Magnetinio rezonanso vaizdinimas

Magnetinio rezonanso vaizdinime magnetinės nanodalelės naudojamos, kaip kontrastiniai agentai. Tai reiškia, kad jos yra panaudojamos norint aptikti bei išryškinti konkrečias mūsų organizmo dalis. Priklausomai nuo dalelių dydžio ir įvedimo į organizmą vietos, jos skirtingai pasiskirsto audiniuose. 2006 metais išspausdintame apžvalginiame straipsnyje teigiama, kad šiuo metu magnetinės nanodalelės yra naudojamos atliekant kepenų ir limfmazgių magnetinio rezonanso vaizdinimą.

2 pav. Kepenų magnetino rezonanso vaizdai nenaudojant magnetinių nanodalelių (a), esant 1 mg (b) ir 4 mg magnetinių nanodalelių. Pagal Azza Gramoun ir kt. straipsnį DOI: 10.1186/ar4588, (CC BY).
2 pav. Kepenų magnetino rezonanso vaizdai nenaudojant magnetinių nanodalelių (a), esant 1 mg (b) ir 4 mg magnetinių nanodalelių. Pagal Azza Gramoun ir kt. straipsnį DOI: 10.1186/ar4588, (CC BY).

Tikimasi, kad magnetines nanodaleles bus galima pritaikyti ir plačiau, vaizdinant kitas organizmo dalis, nes šiuo metu aptartoje srityje yra atliekama daug tyrimų. Pagrindinė problema, kurią bandoma išspręsti, tai per didelis reikiamas dalelių kiekis norint pasiekti gerą vaizdinimo kokybę.

Hiperterminiai gydymo metodai

Hipertermija – verčiant iš graikų kalbos reiškia perkaitimą. Tai vienas iš gydymo metodų, kuomet temperatūra yra pakeliama specifinėse organizmo dalyse, nepakeičiant viso organizmo temperatūros. Šis gydymo metodas yra daug žadantis kovojant su vėžiniais susirgimais. Žinoma, kad vėžinės ląstelės yra jautresnės temperatūriniams pokyčiams nei sveikos. Tuo pasinaudojant galima kovoti su vėžiu tiesiog kaitinant tas organizmo dalis, kuriose yra išplitusios vėžinės ląstelės.

Magnetinės nanodalelės šiuo atveju gali būti panaudotos kaip šilumą išskiriančios medžiagos, kadangi panaudojant stiprų kintamą magnetinį lauką galima priversti jas įkaisti. Išskiriamas šilumos kiekis priklauso nuo naudojamo magnetinio lauko stiprumo, o taip pat pačių magnetinių dalelių savybių, kurias daugiausiai lemia jų dydis.

3 pav. Magnetinių nanodalelių kaitinimas veikiant kintamu magnetiniu lauku. Pagal Qun Zhao ir k.t., DOI:10.7150/thno.3854 (CC BY-NC 4.0).
3 pav. Magnetinių nanodalelių kaitinimas veikiant kintamu magnetiniu lauku. Pagal Qun Zhao ir k.t., DOI:10.7150/thno.3854 (CC BY-NC 4.0).

Etiene Duguet ir kt. straipsnyje rašoma, kad vėžinius susirgimus galima gydyti pasiekus 42-45C temperatūrą. Tai yra švelnus hipertermijos variantas, kurį kontroliuoti nėra labai sudėtinga. Kitas sudėtingesnis hiperterminio gydymo variantas būtų naudojant aukštesnę 46-56C temperatūrą, kuomet būtų pasiekiamas žymiai didesnis gydymo efektyvumas, tačiau šiai dienai toks gydymo metodas dar nėra pakankamai išvystytas ir kyla per didelė organizmo perkaitimo grėsmė.

Tolimesni atliekami tyrimai magnetinių nanodalelių pritaikymo medicininiams tikslams turėtų suteikti žinių, kaip efektyviau panaudoti hiperterminį gydymo metodą, pasiekiant ir sėkmingai kontroliuojant norimą temperatūrą, taip pat kaip efektyviau pritaikyti magnetines nanodaleles kaip kontrastines medžiagas magnetinio rezonanso vaizdinime. Be abejo, tęsiant tyrimus atliekamus su magnetinėmis nanodalelėmis galima tikėtis, kad atsiras ir daugiau galimų jų pritaikymo būdų medicininiams tikslams.

Šaltiniai

Vanessa Valdiglesias, Natalia Fernández-Bertólez, Gözde Kiliç, Carla Costa, Solange Costa, Sonia Fraga, Maria Joao Bessa, Eduardo Pásaro, João Paulo Teixeira, Blanca Laffon. (2016). Are iron oxide nanoparticles safe? Current knowledge and future perspectives. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 38, 53–63.

Etienne Duguet, Sébastien Vasseur, Stéphane Mornet & Jean-Marie Devoisselle (2006). Magnetic nanoparticles and their applications in medicine. Nanomedicine 1(2), 157-168.

Azza Gramoun, Lindsey A Crowe, Lionel Maurizi, Wolfgang Wirth, Frank Tobalem, Kerstin Grosdemange, Geraldine Coullerez, Felix Eckstein, Marije I Koenders, Wim B Van den Berg, Heinrich Hofmann, Jean-Paul Vallée (2014). Monitoring the effects of dexamethasone treatment by MRI using in vivo iron oxide nanoparticle-labeled macrophages. Arthritis Research & Therapy 16, R131.

Qun Zhao, Luning Wang, Rui Cheng, Leidong Mao, Robert D. Arnold, Elizabeth W. Howerth, Zhuo G. Chen, Simon Platt (2012). Magnetic Nanoparticle-Based Hyperthermia for Head & Neck Cancer in Mouse Models, Theranostics 2(1), 113-121.

2 komentarai

  1. O as jau maniau bus apie magnetizma bus :( magijos rusi.
    Na, pasakymas, kad domisi tokios ar anokios organizacijos kaip ir nieko ypatingo. Daug kuo jos domisi. (Cia kaip anekdote – pakelkite man atlyginima, nes manimi domisi 3 stambios imones; mokesciu inspekcija, vilniaus vandenys ir bankas).
    Kai kurie teiginiai perdaug absoliutus. Del biosuderinamumo gal ir taip, beeet veliau sekantis teiginys, kad taip yra todel kad organizme yra „tiek kobalto, tiek geležies, tiek cinko“ – wtf? Galima apsinuodyti tiek kobaltu, tiek cinku, tiek gelezim, priklausomai nuo kiekio ir pateikiamos formos.
    “ įvairiomis mūsų organizmui draugiškomis medžiagomis“ – pvz? Taip, tai galima atlikti, bet sitoje vietoje labai pritruko pvz, nes veliau „Taip ir panašiais metodais…“ – kazkaip jauciamas informacijos vakumas.
    Su vezio gydymu lieka visada opi problema – specifinis transportavimas i augli ar vezini audini, kokiu principu pasiekiamas atrankumas vezinio/sveiko audinio?
    Visad sveikintinas literaturos saltiniu su doi nurodymas. DOI:10.7150/thno.3854 – ten kiek uzmeciau aky daugiau konceptualus bandymas ant peliuku buvo, daleliu pristatymas tiesiai i augli (paprastai nepriimtinas realaus gydymo atveju), ir peliukam labai greit pradejo nekrozuot audinys ir smarki uzdegimine reakcija? jei taip, tai jie greit turejo uzsilenkti nuo organizmo apnuodijimo. Nekroze skirtingai nuo apoptozes dazniausia nera tas pageidautinas rezultatas kurio siekiama. Tobulinti metodika dar yra kur (konkreciai hiperterminis panaudojimas, man kelia siokiu tokiu abejoniu, del pritaikymo klinikoje).
    Lieka aktualus klausimas – kaip veliau organizmas atsikrato tu nanodaleliu, kurios daznai buna sunkiai skaidomos.
    Kaip mokslo populiarinimo skaitalui kai kur perdaug techniniu detaliu, kaip labiau mokslo nei populiarinimo ju per mazai.
    Nepaisant issakytos kritikos straipsnis susiskaite ganetinai neblogai.

  2. Sutiksiu iš dalies su ankstesniu komentaru, man irgi skaitant užkliuvo tas „tiek kobalto, tiek geležies, tiek cinko nemažai aptinkama ir žmogaus organizme“. Ir organizacijų sąrašas pradžioje tikrai nėra reikalingas. O štai ko trūksta, mano nuomone, populiarinimo tikslais, tai vaizdingo paaiškinimo apie nanoskalę: kokio dydžio yra tos dalelės, su kuo palygintinos. Nes taip ir matau, kaip hipotetinis paprastas skaitytojas kruptelį, įsivaizdavęs puskilogramį geležies kepenyse :).

    O šiaip geras straipsnis, ir nes optimizmo perteklius, pateikiant su pelėm gautus rezultatus, neatrodo man didelis nusižengimas. Savo pristatomą objektą ne griekas pristatyti perspektyvoje – aišku, nepereinant į klikbaito „revoliucinis atradimas nanotechnologijų srityje“ lygį.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *