Ученые НИТУ МИСИС, НИЯУ МИФИ и ИЗМИ РАН впервые в мире получили чистейшие наночастицы для прогрессивного метода лечения онкологических заболеваний – магнитной гипертермии. Уникальность технологии заключается в достижении идеальной кристаллической структуры, однородного фазового состава, химически чистой поверхности при полном наследовании магнитных свойств исходного макро образца. Вещество получено новым экономичным способом – разрушением исходного чистого порошка магнетита в вязкой жидкости при коллапсе кавитационных пузырьков на их поверхности. Экспериментальную установку разработали в НИТУ МИСИС и изготовили полностью из отечественных компонентов.
Магнитная гипертермия играет все более важную роль в лечении онкозаболеваний, особенно в случаях значительных ограничений применения хирургического вмешательства и медикаментозного воздействия, например при терапии нейробластомы головного мозга. В область раковой опухоли инвазивным или неинвазивными методами вводят наноразмерные магнитные частицы, которые под воздействием переменного магнитного поля нагревают окружающую область новообразования до 40–44°С, вызывая ее некроз, апоптоз или повышенную восприимчивость к химио- и лучевой терапии.
В настоящее время коммерчески доступные наночастицы магнетита для гипертермии производят химическими методами или восстановлением из газовой фазы (CVD), что нередко приводит к неоднородностям в свойствах полученного вещества. В результате химически синтезированные и CVD наночастицы магнетита часто имеют поликристаллическую структуру, а также различные включения и фазы, что снижает намагниченность насыщения из-за так называемого магнитного мертвого слоя на поверхности частиц и как следствие ухудшает нагревательную способность.
«Перспективный метод ультразвуковой механо-кавитационного разрушения позволяет получить однородные наночастицы магнетита с идеальной кристаллической структурой исходного макроскопического образца или порошка, с химически чистой поверхностью и высокой намагниченностью насыщения, равной 92 emu/g, что близко к теоретическому значению для чистого магнетита», — отмечает автор исследования к.т.н. Василий Баутин, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС. Подробно ознакомиться с технологией можно в научном журнале Ceramics International (Q1).
Известно, что удельная мощность поглощения магнитных наночастиц после введения их в биологическую среду обычно значительно снижается, до значений менее 200 Вт/г. Это происходит из-за магнито-дипольного взаимодействия в ансамбле магнитных наночастиц образующих плотные кластеры.
«Мы экспериментально доказали, если переменное магнитное поле направить вдоль оси ориентации кластера, величина удельной мощности увеличивается в 4 раза и достигает 600 Вт/г при относительно малых амплитудах и частоте переменного магнитного поля», – подчеркнул соавтор исследования Николай Усов, д.ф-м.н., в.н.с. кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСИС, Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской Академии наук (ИЗМИ РАН).
Это значит, что терапевтическое воздействие можно реализовать при введении меньшего количества наночастиц и при более мягком воздействии переменного магнитного поля на организм человека. Следовательно, при дальнейшем применении данных магнитных наночастиц при лечении раковых опухолей, разрушение злокачественных новообразований будет безопаснее и доступнее.
Дальнейшая реализация исследований и производства частиц планируется совместно с научным дивизионом Госкорпорации «Росатом» — АО «Наука и инновации» и МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России.