Магнитные поля в медицине

Комплексы TOR были разработаны для экспериментальной апробации наномеханического подхода к управлению биохимическими процессами низкочастотным магнитным полем, одним из авторов которого является заслуженный деятель науки РФ, д.ф.-м.н., профессор Ю.И. Головин. Сотрудники ООО «Наноматериалы» под его руководством в стенах Наноцентра ТГУ занимаются также разработкой теоретических основ данного подхода. Ниже представлена краткая информация о способах применения магнитных наночастиц в медицине в настоящее время.

MNP
Функционализированная магнитная наночастица: типичный вид

Магнитное поле может непосредственно воздействовать на живые организмы. Это и тепловой, и электрофоретический, и другие, к настоящему времени слабо изученные, эффекты. Однако высокой локальности, управляемости и точного физического описания действия магнитного поля на биологические объекты можно добиться путём введения в их состав магнитных частиц. Эти частицы становятся центрами преобразования энергии внешнего поля, многократно усиливая его воздействие.

Магнитная гипертермия является наиболее изученной технологией применения магнитных частиц в медицине. Выделяемое ими тепло в поле частотой порядка сотен кГц используется в онкотерапии для уничтожения поражённых клеток (более чувствительных к перегреву, чем здоровые), а также для контролируемого выпуска лекарств в организме из транспортных «наноконтейнеров». Основными недостатками гипертермии являются трудность дозирования и опасность перегрева здоровых тканей.

MNPonMembrane
Магнитная наночастица эллипсоидной формы на бислойной мембране (в частности, мембране живой клетки, везикулы, липосомы)

Помимо этого, существует ряд перспективных методов, основанных на механическом действии магнитных частиц. Частота поля, как правило, при этом выбирается на несколько порядков ниже. Это обеспечивает высокую локальность, селективность и управляемость воздействия. При этом возможны различные способы использования такого механизма.

Деформация молекул ферментов при движении агрегата из 2 магнитных наночастиц в переменном поле

Так, согласно результатам ряда экспериментов, магнитные наночастицы способны воздействовать на молекулы ионных каналов мембран живых клеток, активируя вариации тока в них, а также вызывать отклики и других механочувствительных мембранных элементов. Этот эффект может быть использован для селективного воздействия на поражённые клетки с целью нарушения биологических функций мембран и их последующей гибели.

Другая группа учёных, исследовавшая вопросы контролируемого выпуска лекарств, установила, что наличие магнитных наночастиц, загруженных в магнитные везикулы, приводило к ускорению выпуска лекарственных молекул во внешнем поле в несколько раз.

В ряде опытов магнитные частицы в форме дисков, прикреплённые к клеткам опухоли мозга, вызывали гибель подавляющего большинства клеток в отсутствие какого-либо нагрева. В экспериментах по исследованию этих дисков в качестве носителей лекарственного препарата доксорубицина наблюдался его ускоренный выход из полимерной оболочки магнитных частиц.

Получены положительные результаты в экспериментах по управлению активностью макромолекул ферментов с помощью функционализированных магнитных наночастиц, активируемых однородным переменным магнитным полем частотой от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Эффект имеет перспективы применения в приложениях адресной доставки лекарств.

Литературу, в которой описаны указанные выше эксперименты и выполнено их теоретическое обоснование, можно посмотреть здесь: