A diagnosztikai műszerpark folyamatos fejlődésével
az egyes funkcionális és strukturális információt szolgáltató
felvételek kombinálása jelentheti az orvosbiológia egyik
legintenzívebben kutatott területét. Egyre több intézetben jelennek
meg a PET/MRI- (pozitronemissziós tomográfia/mágneses rezonancia
képalkotás) készülékek, amelyek a szerkezeti információ mellett a
szervezet metabolikus folyamatairól is felvilágosítást nyújtanak. A
kontrasztanyagként történő felhasználás mellett egyre kifejezettebb
az az igény is, hogy az alkalmazott mágneses részecskék ne csak
diagnosztikai feladatot töltsenek be, hanem kombinálják a
diagnosztikai és terápiás alkalmazhatóságokat. Az ilyen
teranosztikai anyagok fejlesztése jelenleg is folyamatban van.
A kemoterápiás szerek mellett, kiegészítő
terápiaként daganatos betegségek kezelése során gyakran alkalmaznak
hipertermiát, ami a testhőmérséklet átmeneti emelkedését idézi elő.
A terápia alapja, hogy a tumoros sejtek jóval érzékenyebbek a
hőmérséklet emelkedésére, mint az egészséges sejtek. Mágneses
folyadékok tumoros szövetekbe juttatásával lehetőség van lokális
melegítésre. Nagyfrekvenciás külső mágneses tér hatására a
részecskékből hő szabadul fel, ha a hőmérséklet-emelkedés eléri a
42°C-ot, és megfelelő ideig eltart (legalább 30 perc), a sejtekben a
fehérjék kicsapódnak, és a sejt elpusztul (Bahadur et al., 2003). A
megfigyelések azt mutatják, hogy a daganatos sejtek már egyszeri
hipertermiás kezelést követően képesek érzéketlenné válni a
hőhatással szemben. Ez az ellenálló képesség 48 óráig tart. Ennek
következtében a kutatók arra törekednek, hogy kombinálják a
hipertermia és a hatóanyag (kemoterapikum) célzott szállításának
módszerét (Bahadur et al., 2003).
Rugalmas mágnesek
Mágneses folyadékban hajlékony láncú polimert oldhatunk fel, majd
kémiai reakcióval a polimert térhálósíthatjuk. Az eredmény
folyadéktartalmú rugalmas térháló, vagy ha a mágneses folyadék
közegét elpárologtatjuk, olyan polimerkompozitot kapunk, amelynek
láncai között helyezkednek el a parányi mágneses részecskék (Zrínyi
et al., 1996).
Mindkét esetben a rugalmas tulajdonságot kapcsoljuk
össze a mágnességgel. Mágneses tér hatására e különleges
polimerkompozit alakja és rugalmas tulajdonsága megváltozik. E
változást nagymértékben meghatározza a mágneses részecskék mérete és
eloszlása a polimerben. A mágneses folyadékokhoz hasonlóan, külső
tér jelenléte nélkül a térhálóba épített szuperparamágneses
részecskék momentumainak tetszőleges irányultsága miatt a
polimerrendszernek nincs eredő mágneses momentuma. Külső mágneses
teret kapcsolva a mintára a mágneses momentumok kölcsönhatnak az
alkalmazott térrel. Inhomogén térben a részecskék a nagyobb
térerősség irányába mozdulnak el. Mivel a részecskék fizikai vagy
kémiai kötésekkel kapcsolódnak a polimerláncokhoz, ezért a rugalmas
polimer igen jelentős mértékű (10–200%) deformációját okozzák. A
deformáció iránya megegyezik az alkalmazott tér irányával. A
mágneses tér által előidézett deformáció nem homogén, mivel a
részecskékre ható lokális mágneses erő általában pontról pontra
változik a térben, aminek következtében a lokális deformáció mértéke
is más és más, a hely függvényében (Filipcsei et al., 2007). Homogén
mágneses térben a részecskékre nem hat erő (így a polimerláncokra
sem), de az azonos irányú mágneses momentumok kölcsönhatása miatt
kismérvű (0,01–0,03%) deformáció érzékelhető a tér irányában. Ez a
méretváltozás elhanyagolható mértékű az inhomogén térben történő
deformációtól. A mágneses és a rugalmas tulajdonságok egyazon
anyagon belül ötvözve teremtik meg a mágneses tér által vezérelt és
kontrollált deformáció lehetőségét. Alkalmasan megválasztott
mágneses tér segítségével a polimerek nyújthatók, hajlíthatók,
forgathatók és összehúzhatók. Az alakváltozás jelentős mértékű és
igen gyors. Az elemi mozgások mindegyike könnyedén megvalósítható. A
2. ábra mágneses térrel
előidézett deformációkat mutat. A mágneses tér megfelelő
megválasztásával megvalósítható olyan eset is, amikor a polimer
egyik része nyúlik, a mellette levő pedig összehúzódik. Ez lehetővé
teszi számunkra a rendkívül bonyolult biológiai mozgások mímelését.
Dinamikusan változó mágneses térben a gél alakja periodikusan
változik, lehetővé téve olyan, új típusú gélgépek konstruálását,
amelyek nem tartalmaznak súrlódó alkatrészeket. Ez tág lehetőséget
nyújt a lágyrobottechnika vagy lágy műszaki szerkezetek (például
lágy és nedves dugattyúk, hengerek és szelepek) kifejlesztésére.
A mágneses térre érzékeny rugalmas polimerek
számtalan felhasználási területét a robottechnika, a szabályozott
gyógyszerhatóanyag-leadás és a kontrollált rezgés- és
lengéscsillapítás fémjelzi.
Hazai kutatások
A Pannon Egyetemen Szalai István professzor vezetésével
magnetoreológiai folyadékok elméleti és kísérleti vizsgálatával
foglalkoznak. Ezekről a munkákról részletes beszámolót közölnek Bagi
Tamás és munkatársai (2012).
Mágneses folyadékok orvosbiológiai alkalmazását
célzó kutatások 2007 óta folynak a Szegedi Tudományegyetem Vizes
Kolloidok Kutatócsoportjában. Amellett, hogy a mágneses
nanorészecskék nem lehetnek toxikusak, fontos, hogy összeférhetők
legyenek a biológiai médiummal (például intravénás alkalmazás esetén
a vérrel). A kutatócsoportban – kémiai és kolloidstabilitásuk
biztosítása érdekében – magnetit nanorészecskéken különféle
természetes és szintetikus, kis- és nagymolekulájú
polikarbonsavakból (pl. citrom-(CA), gallusz-(GA), poliakril-(PAA)
savak, akrilsav-maleinsav kopolimer (PAM)) alakítják ki a kémiailag
kötött, eltérő tulajdonságú védőrétegeket. Az összes védőréteg nagy
negatív töltésmennyiséget hordoz, így a magnetit nanorészecskék
kolloidstabilitása semleges körüli pH-kon is megfelelő, viszont csak
a nagy molekulájú polikarbonsavak elegendően vastag rétege képes
megakadályozni a részecskék összetapadását fiziológiás körülmények
között (Hajdú et al., 2012; Tóth et al., 2012). Humán vérminták
ülepedési sajátságait (a vérsüllyedést) még viszonylag nagy
koncentrációban sem befolyásolják
(3. ábra, bal oldali kép), utalva arra, hogy jól stabilizált
magnetit nanorészecskék jelenlétében nem változik meg a vér
aggregációs állapota, ami kritériuma pl. a vénás alkalmazhatóságnak.
A részecskék toxicitását egészséges és rákos
sejtvonalakon tesztelve kiderült, hogy nem mutatnak szignifikáns
hatást a sejtek szaporodására (3. ábra, jobb oldal), illetve
eltérően viselkednek a sejtek felületén való megkötődés és a sejt
belsejében történő felhalmozódás tekintetében (Szekeres et al.,
2013). Az MRI-diagnózisban kontrasztfokozó ágensként való
alkalmazhatóságukat tesztelve határozott eltéréseket lehetett
azonosítani a védőréteg minőségétől függően (Jedlovszky-Hajdu et
al., 2012b), a vas-oxid nanorészecskék esetén általánosan várható
hatás mellett.
A jövőben a kutatásainkban nagyobb teret kapnak a
terápiás alkalmazások, a mágneses hipertermia és az irányított
hatóanyag-szállítás, ez utóbbi például a rákellenes szerek
lokalizált alkalmazása mágneses célba juttatással a kemoterápiás
szerek súlyos mellékhatásainak csökkentése érdekében.
A Semmelweis Egyetemen működő Nanokémiai
Kutatócsoport egyik fő kutatási területe a mágneses részecskék
hipertermiás hatásának vizsgálata. A kutatások fő célja a szövetekbe
juttatott mágneses részecskék által lokálisan termelhető hő
nagyságának és terjedésének vizsgálata a szöveti struktúrát
modellező gélrendszerek segítségével. A mágneses nanorészecskéket
polimeroldattal elegyítve speciális szálrendszereket (mesterséges
extracelluláris mátrix) hozunk létre az elektromos szálhúzás
módszerével. Az így előállított hálók manipulálhatók külső mágneses
térrel, miközben struktúrája támasztópillérként szolgálhat a szöveti
regeneráció során. A mágneses nanorészecskék kölcsönhatása az
elektromos térrel makroszkopikus térszerkezet (3D) kialakítását
teszi lehetővé (Jedlovszky-Hajdú et al., 2012c).
A mágneses folyadékok hazai kutatását tárgyalva meg
kell említeni egy meghatározó nemzetközi kapcsolatot, Ladislau Vékás
doktort, a Román Tudományos Akadémia levelező tagját, aki Temesváron
az Akadémia Kutatóintézetében vezeti a Mágneses Folyadékok
Laboratóriumát, és ennek a területnek ő nemzetközi szaktekintélye. A
temesvári kutatások a mágneses folyadékok hőskorában (az 1960-as
években) kezdődtek, és a technikai, főleg a precíziós tömítésekben
használt olajközegű mágneses folyadékok fejlesztésére fókuszáltak,
amit számos, a Roseal Co. által hasznosított szabadalom fémjelez.
Érdeklődésük az utóbbi évtizedben a vizes mágneses folyadékok
fejlesztése felé fordult együttműködve a vizes kolloidokkal
foglalkozó szegedi kutatócsoporttal, ahol Vékás doktor
inspirációjára indultak meg a vizes mágneses folyadékok fejlesztését
célzó kutatások. A közös munkáról, a mágneses nanorészecskék
előállításáról és az orvosbiológiai alkalmazásáról 2011-ben jelent
meg egy könyvfejezet (Vékás et al., 2011).
A szerzők köszönettel tartoznak a OTKA NK 84014 és NK 101704 számú
pályázatok és a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0047 számú projekt
által nyújtott támogatásért.
Kulcsszavak: mágneses folyadékok, rugalmas mágnesek, mágneses
hipertermia, MRI, polimer térháló, polimer kompozit
IRODALOM
Alexiou, Christop – Jurgons, R. – Schmid,
R. et al. (2005): In Vitro and in Vivo Investigations of Targeted
Chemotherapy with Magnetic Nanoparticles. Journal of Magnetism and
Magnetic Materials. 293, 389–393. DOI:10.1016/j.jmmm.2005.02.036 •
WEBCÍM
Bagi Tamás – Horváth B. – Medvegy T. –
Molnár G. – Kronome, G. – Szalai I. (2012): Léptetőmotor-forgórész
elektro- és magnetoreológiai fluidumokkal csillapított lengéseinek
kísérleti vizsgálata, Magyar Tudomány, Mobilitás és környezet,
Melléklet, 2012. július, 114–122. •
WEBCÍM
Bahadur, Dhirendra – Giri, Yotsnendu
(2003): Biomaterials and Magnetism. Sādhanā. 28, 3-4, 639–656. DOI:
10.1007/BF02706451 •
WEBCÍM
Filipcsei Genovéva – Csetneki I. –
Szilágyi A. – Zrínyi M. (2007): Magnetic Field-responsive Smart
Polymer Composites (review). Advances in Polymer Science, Oligomers,
Polymer Composites, Molecular Imprinting, Springer-Verlag, Berlin –
Heidelberg, 137–189. DOI 10.1007/12_2006_104 •
WEBCÍM
Hajdú Angéla – Szekeres M. – Tóth I. Y. –
Bauer R. A. – Mihály J. – Zupkó I. – Tombácz E. (2012): Enhanced
Stability of Polyacrylate-coated Magnetite Nanoparticles in
Biorelevant Media. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 94,
242–249. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2012.01.042 •
WEBCÍM
Jain, Tapan K. – Richey, J. – Strand, M. –
Leslie-Pelecky, D. L. – Flask, C. A. – Labhasetwar, V. (2008):
Magnetic Nanoparticles with Dual Functional Properties: Drug
Delivery and Magnetic Resonance Imaging. Biomaterials. 29,
4012–4021. •
WEBCÍM
Jedlovszky-Hajdú Angéla – Baldelli
Bombelli, F. – Monopoli, M. P. – Tombácz E. – Dawson, K. A.
(2012a): Surface Coatings Shape the Protein Corona of SPIONs with
Relevance to Their Application in Vivo. Langmuir. 28, 14983−14991
DOI: 10.1021/la302446h
Jedlovszky-Hajdú Angéla – Tombácz E. –
Bányai I. – Babos M. – Palkó A. (2012b): Carboxylated Magnetic
Nanoparticles as MRI Contrast Agents: Relaxation Measurements at
Different Field Strengths. Journal of Magnetism and Magnetic
Materials. 324, 3173–3180. DOI: 10.1016/j.jmmm.2012.05.031
Jedlovszky-Hajdú A. – Varga Zs. – Juriga
D. – Molnár K. – Zrínyi M. (2012c): Biokompatibilis anyagok:
mesterséges mátrixok és nanorészecskék. Magyar Tudomány. 6, 39–47. •
WEBCÍM
Odenbach, Stefan (2006): Ferrofluids. Ch.
3. In: Buschow, Kurt Heinz Jürgen (ed.): Handbook of Magnetic
Materials Vol. 16. Elsevier, Amsterdam
Szekeres Márta – Tóth I. Y. – Illés E. –
Hajdú A. – Zupkó I. – Farkas K. – Oszlánczi G. – Tiszlavicz L. –
Tombácz E. (2013): Chemical and Colloidal Stability of Carboxylated
Core–shell Magnetite Nanoparticles Designed for Biomedical
Applications. International Journal of Molecular Sciences. 14,
14550-14574. DOI:10.3390/ijms140714550 •
WEBCÍM
Tóth Ildikó Y. – Illés E. – Bauer R. A. –
Nesztor D. – Zupkó I. – Szekeres M. – Tombácz E. (2012): Designed
Polyelectrolyte Shell on Magnetite Nanocore for Dilution-resistant
Biocompatible Magnetic Fluids. Langmuir. 28, 48, 16638–16646.
Veiseh, Omid – Gunn, J. W. – Zhang, M.
(2010): Design and Fabrication of Magnetic Nanoparticles for
Targeted Drug Delivery and Imaging. Advanced Drug Delivery Reviews.
62, 284–304. •
WEBCÍM
Vékás Ladislau – Tombácz E. – Turcu, R. –
Morjan, I. – Avdeev, M. V. – Krasia-Christoforou, T. – Socoliuc, V.
(2011): Synthesis of Magnetic Nanoparticles and Magnetic Fluids for
Biomedical Applications. In: Alexiou, Christop (ed.): Nanomedicine –
Basic and Clinical Applications in Diagnostics and Therapy. Vol. 2.
Else Kröner-Fresenius Symp. Karger, Basel, 35–52. •
WEBCÍM
Wilhelm, Claire – Gazeau, Florence (2008):
Universal Cell Labelling with Anionic Magnetic Nanoparticles.
Biomaterials. 29, 3161–3174. • http://dx.DOI.org/
10.1016/j.biomaterials.2008.04.016
Zrínyi Miklós – Barsi L. – Büki A. (1996):
Deformation of Ferrogels Induced by Nonuniform Magnetic Fields. The
Journal of Chemical Physics. 104, 20, 8750–8756. •
WEBCÍM
URL1
|