Одной из важнейших задач сегодняшней медицины является борьба с онкологическими заболеваниями. В настоящий момент ученые предложили несколько видов терапии разной эффективности, влекущие за собой те или иные побочные эффекты. Чаще всего терапия оказывает разрушительное воздействие не только на раковые клетки, но и на окружающие их здоровые ткани или на весь организм в целом.

«Перспективным методом с точки зрения снижения побочных эффектов является магнито-жидкостная гипертермия, — рассказывает магистрант Университета ИТМО Василий Баланов (программа «Химия прикладных материалов»). — Это относительно новый метод, суть которого заключается в том, что в опухоль вводят золь (жидкость с активным веществом, — прим. ITMO.NEWS), содержащий магнитные наночастицы. Далее на область локально воздействует переменным магнитным полем, разогревая наночастицы так, что они деактивируют раковые клетки. Однако, возникает проблема — на практике такие частицы разогреваются слишком сильно, кроме того, используемые сейчас материалы являются достаточно токсичными для организма».

Температура и магнетизм

Решить проблемы магнито-жидкостной гипертермии могут особые наночастицы, способные менять свои магнитные свойства в зависимости от температуры. В физике существует такое понятие как температура Кюри (или же точка Кюри) — это температура, при достижении которой в физическом теле происходит фазовый переход второго рода, то есть, к примеру, в магнитном материале резко спадает намагниченность. Материалы, в которых температура Кюри сравнительно невелика, решили использовать российские ученые. В составе группы — специалисты Университета ИТМО.

«При достижении температуры Кюри ферромагнетик переходит в парамагнетик, соответственно частицы перестают быть столь восприимчивы к магнитному полю и дальнейший их нагрев прекращается, — поясняет Василий Баланов, который является одним из соавторов исследования. — Когда же температура опускается, то частицы возобновляют нагрев. Фактически мы наблюдаем самоконтроль температуры в узком диапазоне. Если подобрать состав, который испытывает такой переход при нужной нам температуре, то он мог бы быть эффективен для магнито-жидкостной гипертермии».

Цинк, оксид железа и немного марганца

В качестве материала ученые выбрали ферриты — это соединения оксида железа (III) Fe₂O₃ с оксидами других металлов. Благодаря их свойствам эти материалы широко применяют в компьютерной технике, однако, как выяснилось, они могут иметь и медицинское применение. Согласно более ранним исследованиям, соединения оксида марганца с оксидом железа при замещении цинком могли иметь подходящую температуру Кюри. Необходимо было, правда, подобрать нужное количество цинка.

«Мы взяли частицы с общей формулой Zn_(x)Mn_(1-x)Fe₂O₄, где цинк и марганец подбираются в определенной пропорции, — поясняет Баланов. — Они не оказывают токсичного воздействия на организм, и при правильном соотношении марганца и цинка мы смогли добиться температуры Кюри в диапазоне 40 – 60 градусов Цельсия.  Эта температура позволяет деактивировать раковые клетки, при этом непродолжительный тепловой контакт относительно безвреден для здоровых тканей».

Сейчас ученые уже синтезировали наночастицы и исследовали их магнитные характеристики. Эксперименты подтвердили, что материал не разогревается под действием поля выше 60 градусов. Теперь на очереди работы в пробирке с отдельными клетками, затем при успехе этого этапа — исследования на животных и дальнейшие работы по доклиническим испытаниям.

Статья: Balanov V.A., Kiseleva A.P., Krivoshapkina E.F., Kashtanov E.А., Gimaev R.R., Zverev V.I., Krivoshapkin P.V. «Synthesis of (Mn(1−x) Znx)Fe2O4 nanoparticles for magnetocaloric applications». Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2020/10.1007/s10971-020-05237-8