Graças ao trabalho de uma equipe interdisciplinar de pesquisadores do Centro de Excelência em Nanotecnologia de Dartmouth, financiado pelo National Institutes of Health, as nanopartículas magnéticas de próxima geração (MNPs) podem em breve estar tratando tumores profundos e difíceis de alcançar dentro do corpo humano.

Embora os pesquisadores alertem que quaisquer novas terapias baseadas em suas descobertas terão que se provar seguras e eficazes em ensaios clínicos antes de se tornarem rotineiramente disponíveis para pessoas com câncer, eles apontam para o trabalho que publicaram esta semana no Journal of Applied Physics , da AIP Publishing, como um progresso significativo.

Eles criaram uma nova classe de nanopartículas magnéticas em forma de flor com desempenho superior em campos magnéticos de baixo nível e desenvolveram seu mecanismo de aquecimento. O trabalho fornece sugestões futuras para o desenvolvimento de uma nova geração de nanopartículas magnéticas de formato irregular para a terapia do câncer de hipertermia.

O que é hipertermia clínica? É uma técnica em que a temperatura de uma parte ou de todo o corpo é elevada acima do normal. O calor é conhecido por danificar ou destruir células cancerosas, mas para aproveitá-lo com segurança e eficácia, aquecimento deve ser aplicado muito especificamente e o tumor deve ser mantido dentro de uma faixa de temperatura exata por um período de tempo preciso.

Uma maneira de conseguir isso é administrar nanopartículas e, em seguida, aquecê-las com energia da luz, ondas sonoras ou magnéticas alternadas. Esta não é uma tarefa fácil porque as ondas de radiofrequência alternadas aplicadas também geram aquecimento desnecessário em tecidos normais. "A data, a maioria das partículas disponíveis comercialmente projetadas para a aplicação de calor de hipertermia muito bem em uma frequência relativamente alta, forte campo magnético, "disse Fridon Shubitidze, professor associado de engenharia na Thayer School of Engineering da Dartmouth College. "Contudo, há um limite para a frequência e força que pode ser aplicada. "

Quando o corpo humano é colocado em um campo alternado de alta frequência e forte, começa a aquecer e, se não for verificado, isso pode danificar as células normais. "Uma maneira de evitar danos ao tecido normal é obter uma compreensão mais profunda dos mecanismos de aquecimento das nanopartículas magnéticas e usar esse conhecimento para criar nanopartículas magnéticas que aquecem em baixas intensidades de campo, "Shubitidze apontou.

Em geral, os materiais magnéticos a granel aquecem quando experimentam um campo magnético variável. "Quando reduzido ao tamanho nano, esses materiais podem aquecer de algumas maneiras diferentes que não ocorrem em uma escala maior, "explicou Shubitidze." Alguns envolvem movimento, com as partículas girando fisicamente e / ou movendo-se sob a influência do campo, enquanto outros são totalmente não mecânicos e envolvem apenas mudanças na direção em que as partículas são magnetizadas. "

Geral, A hipertermia de nanopartículas magnéticas consiste em duas etapas principais:entrega e ativação das nanopartículas dentro das células tumorais. Uma vez que as nanopartículas magnéticas são entregues dentro das células tumorais, o sistema ativa um campo eletromagnético que transfere energia para eles, criando aquecimento localizado para destruir as células tumorais.

"A temperatura local está diretamente relacionada com a magnitude do campo magnético alternado no tumor, "Shubitidze elaborou." O campo magnético alternado de uma bobina decai rapidamente, portanto, para aplicar esta tecnologia em casos envolvendo tumores profundos no corpo - como câncer de pâncreas - alcançar um campo magnético alternado de alta amplitude no tumor requer um campo magnético alternado de amplitude ainda maior na superfície. Este campo de alta magnitude também pode elevar a temperatura em tecidos normais e limitar a aplicabilidade da terapia de hipertermia de nanopartículas magnéticas por não obter calor suficiente das partículas, que estão em um tumor nas profundezas do corpo. "

As partículas projetadas, sintetizados e testados pela equipe mostram desempenho aprimorado em baixos níveis de campo em comparação com seus equivalentes disponíveis comercialmente.

Isso marca um passo significativo para "possibilitar o tratamento de tumores que estão profundamente dentro do corpo, "disse Shubitidze." O mecanismo de aquecimento é ditado por vários fatores, como a forma das nanopartículas, Tamanho, tipo de material e influência do ambiente circundante. As análises mostraram que, além do possível aquecimento de histerese, o mecanismo de perda de potência para nossas nanopartículas magnéticas é a perda por atrito viscosa conduzida por campo magnético, que não foi considerado anteriormente dentro da comunidade de pesquisa de hipertermia de nanopartículas magnéticas. "

Em termos de aplicações, a hipertermia de nanopartículas magnéticas se mostra eficaz quando há partículas suficientes no tumor, quando as partículas têm propriedades de aquecimento favoráveis, e quando um campo magnético suficientemente forte é fornecido. A tecnologia pode ser usada como uma terapia autônoma ou como uma terapia adjuvante junto com quimioterapia e radioterapia para tratamento de câncer.

O desenvolvimento de nanopartículas magnéticas que aquecem em níveis de campo mais baixos é um "passo importante para tornar a hipertermia de nanopartículas magnéticas um tratamento clinicamente viável para cânceres profundos, "Shubitidze observou.

O que vem por aí para a equipe? "Atualmente, estamos trabalhando para combinar nossas nanopartículas magnéticas e um novo dispositivo para fornecer uma maior força de campo ao tumor no caso de câncer pancreático, que é um alvo particularmente difícil para dispositivos convencionais de geração de campo, "disse Shubitidze.