ขณะนี้ JavaScript ถูกปิดใช้งานในเบราว์เซอร์ของคุณ เมื่อ JavaScript ถูกปิดใช้งาน ฟังก์ชันบางอย่างของเว็บไซต์นี้จะไม่ทำงาน
ลงทะเบียนรายละเอียดเฉพาะของคุณและยาที่คุณสนใจ เราจะจับคู่ข้อมูลที่คุณให้มากับบทความในฐานข้อมูลขนาดใหญ่ของเรา และส่งสำเนา PDF ให้คุณทางอีเมลโดยเร็วที่สุด
ควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคนาโนเหล็กออกไซด์แม่เหล็กเพื่อการส่งยาต้านมะเร็งไปยังเป้าหมาย
ผู้แต่ง Toropova Y, Korolev D, Istomina M, Shulmeyster G, Petukhov A, Mishanin V, Gorshkov A, Podyacheva E, Gareev K, Bagrov A, Demidov O
Yana Toropova,1 Dmitry Korolev,1 Maria Istomina,1,2 Galina Shulmeyster,1 Alexey Petukhov,1,3 Vladimir Mishanin,1 Andrey Gorshkov,4 Ekaterina Podyacheva,1 Kamil Gareev,2 Alexei Bagrov,5 Oleg Demidov6,71ศูนย์วิจัยการแพทย์แห่งชาติอัลมาซอฟ สังกัดกระทรวงสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 197341 สหพันธรัฐรัสเซีย; 2 มหาวิทยาลัยอิเล็กโทรเทคนิคเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก “LETI” เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 197376 สหพันธรัฐรัสเซีย; 3 ศูนย์การแพทย์เฉพาะบุคคล ศูนย์วิจัยการแพทย์แห่งรัฐอัลมาซอฟ กระทรวงสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 197341 สหพันธรัฐรัสเซีย; 4FSBI “สถาบันวิจัยไข้หวัดใหญ่ชื่อ AA Smorodintsev” กระทรวงสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก สหพันธรัฐรัสเซีย; 5 สถาบันสรีรวิทยาและชีวเคมีเชิงวิวัฒนาการเซเชนอฟ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก สหพันธรัฐรัสเซีย; 6 สถาบันเซลล์วิทยา สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 194064 สหพันธรัฐรัสเซีย; 7 INSERM U1231 คณะแพทยศาสตร์และเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูร์กอญ-ฟร็องช์-กงเต แห่งดิฌง ฝรั่งเศส การติดต่อ: Yana Toropova ศูนย์วิจัยทางการแพทย์แห่งชาติอัลมาซอฟ กระทรวงสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 197341 สหพันธรัฐรัสเซีย โทร +7 981 95264800 4997069 อีเมล [email protected] ภูมิหลัง: แนวทางที่มีแนวโน้มดีในการแก้ปัญหาความเป็นพิษต่อเซลล์คือการใช้อนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP) สำหรับการส่งยาแบบกำหนดเป้าหมาย วัตถุประสงค์: เพื่อใช้การคำนวณในการกำหนดคุณลักษณะที่ดีที่สุดของสนามแม่เหล็กที่ควบคุม MNP ในร่างกาย และเพื่อประเมินประสิทธิภาพของการส่ง MNP ด้วยแมกเนตรอนไปยังเนื้องอกของหนูในหลอดทดลองและในร่างกาย มีการใช้ MNPs-ICG ในการศึกษาความเข้มของการเรืองแสงในร่างกายของหนูทดลองที่เป็นมะเร็ง โดยมีและไม่มีสนามแม่เหล็ก ณ บริเวณที่สนใจ การศึกษาเหล่านี้ดำเนินการบนโครงสร้างไฮโดรไดนามิกที่พัฒนาโดยสถาบันเวชศาสตร์ทดลองของศูนย์วิจัยทางการแพทย์แห่งรัฐอัลมาซอฟ สังกัดกระทรวงสาธารณสุขของรัสเซีย ผลลัพธ์: การใช้แม่เหล็กนีโอไดเมียมช่วยส่งเสริมการสะสมของ MNP อย่างเลือกสรร หนึ่งนาทีหลังจากให้ MNPs-ICG แก่หนูทดลองที่เป็นมะเร็ง MNPs-ICG จะสะสมอยู่ในตับเป็นหลัก ทั้งในกรณีที่ไม่มีและมีสนามแม่เหล็ก ซึ่งบ่งชี้ถึงกระบวนการเผาผลาญ แม้ว่าจะสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของการเรืองแสงในเนื้องอกเมื่อมีสนามแม่เหล็ก แต่ความเข้มของการเรืองแสงในตับของสัตว์ทดลองไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา สรุป: MNP ชนิดนี้ เมื่อรวมกับความแรงของสนามแม่เหล็กที่คำนวณได้ สามารถเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาการนำส่งยาต้านมะเร็งไปยังเนื้อเยื่อเนื้องอกโดยควบคุมด้วยแม่เหล็กได้ คำสำคัญ: การวิเคราะห์ฟลูออเรสเซนซ์, อินโดไซยานีน, อนุภาคนาโนเหล็กออกไซด์, การนำส่งยาต้านมะเร็งด้วยแมกเนตรอน, การกำหนดเป้าหมายเนื้องอก
โรคมะเร็งเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการเสียชีวิตทั่วโลก ในขณะเดียวกัน แนวโน้มการเพิ่มขึ้นของอัตราการป่วยและอัตราการเสียชีวิตจากโรคมะเร็งก็ยังคงมีอยู่ 1 การรักษาด้วยเคมีบำบัดยังคงเป็นหนึ่งในวิธีการรักษาหลักสำหรับมะเร็งชนิดต่างๆ ในขณะเดียวกัน การพัฒนาวิธีการลดความเป็นพิษต่อระบบของยาเคมีบำบัดก็ยังคงมีความสำคัญ วิธีการที่น่าสนใจในการแก้ปัญหาความเป็นพิษคือการใช้ตัวนำระดับนาโนในการส่งยาแบบกำหนดเป้าหมาย ซึ่งสามารถทำให้ยาไปสะสมในเนื้อเยื่อมะเร็งได้โดยไม่เพิ่มความเข้มข้นของยาในอวัยวะและเนื้อเยื่อปกติ 2 วิธีนี้ทำให้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและการกำหนดเป้าหมายของยาเคมีบำบัดในเนื้อเยื่อมะเร็ง ในขณะเดียวกันก็ลดความเป็นพิษต่อระบบได้
ในบรรดาอนุภาคนาโนต่างๆ ที่พิจารณาสำหรับการส่งยาต้านมะเร็งไปยังเป้าหมาย อนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNPs) มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมี ชีวภาพ และแม่เหล็กที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งทำให้สามารถใช้งานได้หลากหลาย ดังนั้น อนุภาคนาโนแม่เหล็กจึงสามารถใช้เป็นระบบให้ความร้อนเพื่อรักษามะเร็งด้วยความร้อนสูง (magnetic hyperthermia) นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารวินิจฉัย (magnetic resonance diagnosis) ได้อีกด้วย 3-5 การใช้คุณลักษณะเหล่านี้ ร่วมกับความเป็นไปได้ในการสะสมของ MNP ในบริเวณเฉพาะ โดยใช้สนามแม่เหล็กภายนอก การส่งยาไปยังเป้าหมายจึงเปิดโอกาสให้เกิดการสร้างระบบแมกเนตรอนแบบมัลติฟังก์ชันเพื่อกำหนดเป้าหมายยาต้านมะเร็งไปยังบริเวณเนื้องอก ระบบดังกล่าวจะประกอบด้วย MNP และสนามแม่เหล็กเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ในร่างกาย ในกรณีนี้ ทั้งสนามแม่เหล็กภายนอกและวัสดุฝังแม่เหล็กที่วางไว้ในบริเวณที่มีเนื้องอกสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กได้ 6 วิธีแรกมีข้อเสียร้ายแรงหลายประการ รวมถึงความจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษสำหรับการกำหนดเป้าหมายยาด้วยแม่เหล็ก และความจำเป็นต้องฝึกอบรมบุคลากรเพื่อทำการผ่าตัด นอกจากนี้ วิธีนี้ยังมีข้อจำกัดเรื่องต้นทุนสูงและเหมาะสำหรับเนื้องอก "ผิวเผิน" ที่อยู่ใกล้ผิวของร่างกายเท่านั้น วิธีการทางเลือกโดยการใช้แม่เหล็กฝังตัวช่วยขยายขอบเขตการใช้งานของเทคโนโลยีนี้ ทำให้สามารถใช้กับเนื้องอกที่อยู่ส่วนต่างๆ ของร่างกายได้ ทั้งแม่เหล็กเดี่ยวและแม่เหล็กที่รวมอยู่ในสเตนต์ภายในสามารถใช้เป็นวัสดุฝังเพื่อทำลายเนื้องอกในอวัยวะกลวงเพื่อให้มั่นใจว่าอวัยวะเหล่านั้นยังคงเปิดอยู่ อย่างไรก็ตาม จากการวิจัยที่ยังไม่ได้ตีพิมพ์ของเราพบว่า แม่เหล็กเหล่านี้มีฤทธิ์แม่เหล็กไม่เพียงพอที่จะดึงดูดอนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP) เข้าสู่กระแสเลือดได้
ประสิทธิภาพของการนำส่งยาด้วยแมกเนตรอนขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่ คุณลักษณะของตัวนำแม่เหล็กเอง และคุณลักษณะของแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก (รวมถึงพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของแม่เหล็กถาวรและความแรงของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้น) การพัฒนาเทคโนโลยีการนำส่งสารยับยั้งเซลล์โดยใช้แม่เหล็กนำทางที่ประสบความสำเร็จ ควรเกี่ยวข้องกับการพัฒนาตัวนำส่งยาขนาดนาโนแม่เหล็กที่เหมาะสม การประเมินความปลอดภัย และการพัฒนากระบวนการสร้างภาพที่ช่วยให้สามารถติดตามการเคลื่อนไหวของตัวนำส่งยาในร่างกายได้
ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้คำนวณทางคณิตศาสตร์เพื่อหาลักษณะสนามแม่เหล็กที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการควบคุมตัวนำส่งยาขนาดนาโนแม่เหล็กในร่างกาย นอกจากนี้ยังได้ศึกษาความเป็นไปได้ในการกักเก็บอนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP) ผ่านผนังหลอดเลือดภายใต้สนามแม่เหล็กที่ใช้ โดยพิจารณาจากลักษณะที่คำนวณได้เหล่านี้ ในหลอดเลือดของหนูทดลองที่แยกออกมา ยิ่งไปกว่านั้น เราได้สังเคราะห์สารประกอบของ MNP กับสารเรืองแสง และพัฒนากระบวนการสำหรับการมองเห็นสารประกอบเหล่านี้ในร่างกาย ภายใต้สภาวะในร่างกาย ในหนูทดลองที่เป็นแบบจำลองเนื้องอก เราได้ศึกษาประสิทธิภาพการสะสมของ MNP ในเนื้อเยื่อเนื้องอกเมื่อให้ยาทางระบบภายใต้สนามแม่เหล็ก
ในการศึกษาในหลอดทดลอง เราใช้ MNP อ้างอิง และในการศึกษาในร่างกาย เราใช้ MNP ที่เคลือบด้วยพอลิแลคติกแอซิดโพลีเอสเตอร์ (โพลีแลคติกแอซิด, PLA) ที่มีสารเรืองแสง (อินโดลไซยานีน; ICG) MNP-ICG รวมอยู่ในกรณีการใช้งาน (MNP-PLA-EDA-ICG)
การสังเคราะห์และคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของ MNP ได้รับการอธิบายโดยละเอียดในที่อื่นแล้ว 7,8
เพื่อสังเคราะห์ MNPs-ICG ขั้นตอนแรกคือการผลิตสารประกอบ PLA-ICG โดยใช้ผงผสมแบบราเซมิกของ PLA-D และ PLA-L ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 60 kDa
เนื่องจาก PLA และ ICG ต่างก็เป็นกรด ดังนั้นในการสังเคราะห์สารประกอบ PLA-ICG จำเป็นต้องสังเคราะห์ตัวเชื่อมต่อที่มีหมู่เอมีนที่ปลายบน PLA ก่อน ซึ่งจะช่วยให้ ICG ดูดซับเข้ากับตัวเชื่อมต่อได้ ตัวเชื่อมต่อนี้ถูกสังเคราะห์โดยใช้เอทิลีนไดอะมีน (EDA) วิธีคาร์โบไดอิมิด และคาร์โบไดอิมิดที่ละลายน้ำได้ คือ 1-เอทิล-3-(3-ไดเมทิลอะมิโนโพรพิล) คาร์โบไดอิมิด (EDAC) การสังเคราะห์ตัวเชื่อมต่อ PLA-EDA ทำได้ดังนี้ เติม EDA และ EDAC ในปริมาณที่มากเกิน 20 เท่าของโมล ลงในสารละลาย PLA ในคลอโรฟอร์ม 0.1 กรัม/มิลลิลิตร ปริมาตร 2 มิลลิลิตร ทำการสังเคราะห์ในหลอดทดลองโพลีโพรพีลีนขนาด 15 มิลลิลิตร บนเครื่องเขย่าด้วยความเร็ว 300 รอบต่อนาที เป็นเวลา 2 ชั่วโมง แผนผังการสังเคราะห์แสดงในรูปที่ 1 ทำซ้ำการสังเคราะห์โดยใช้สารตั้งต้นในปริมาณที่มากเกิน 200 เท่า เพื่อปรับปรุงแผนการสังเคราะห์ให้เหมาะสมยิ่งขึ้น
เมื่อสิ้นสุดกระบวนการสังเคราะห์ สารละลายถูกปั่นเหวี่ยงด้วยความเร็ว 3000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 5 นาที เพื่อกำจัดอนุพันธ์โพลีเอทิลีนที่ตกตะกอนส่วนเกิน จากนั้นเติมสารละลาย ICG ความเข้มข้น 0.5 มก./มล. ในไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) ปริมาณ 2 มล. ลงในสารละลาย 2 มล. ตั้งเครื่องกวนให้ทำงานด้วยความเร็ว 300 รอบต่อนาที เป็นเวลา 2 ชั่วโมง แผนภาพแสดงโครงสร้างของสารประกอบเชิงซ้อนที่ได้แสดงในรูปที่ 2
ใน MNP 200 มิลลิกรัม เราเติมสารประกอบ PLA-EDA-ICG 4 มิลลิลิตร ใช้เครื่องเขย่า LS-220 (LOIP, รัสเซีย) กวนสารละลายเป็นเวลา 30 นาที ที่ความถี่ 300 รอบต่อนาที จากนั้นล้างด้วยไอโซโพรพานอลสามครั้ง และแยกด้วยแม่เหล็ก ใช้เครื่องกระจายอัลตราโซนิก UZD-2 (FSUE NII TVCH, รัสเซีย) เติม IPA ลงในสารละลายเป็นเวลา 5-10 นาที ภายใต้การทำงานของอัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่อง หลังจากล้างด้วย IPA ครั้งที่สามแล้ว ตะกอนจะถูกล้างด้วยน้ำกลั่นและแขวนลอยใหม่ในสารละลายเกลือทางสรีรวิทยาที่ความเข้มข้น 2 มิลลิกรัม/มิลลิลิตร
อุปกรณ์ ZetaSizer Ultra (Malvern Instruments, สหราชอาณาจักร) ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการกระจายขนาดของอนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP) ที่ได้ในสารละลายน้ำ ส่วนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) ที่มีแคโทดปล่อยอิเล็กตรอนแบบสนาม JEM-1400 STEM (JEOL, ญี่ปุ่น) ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาลักษณะและขนาดของอนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP)
ในการศึกษาครั้งนี้ เราใช้แม่เหล็กถาวรทรงกระบอก (เกรด N35; เคลือบด้วยนิกเกิลเพื่อป้องกัน) และขนาดมาตรฐานต่อไปนี้ (ความยาวแกนยาว × เส้นผ่านศูนย์กลางทรงกระบอก): 0.5×2 มม., 2×2 มม., 3×2 มม. และ 5×2 มม.
การศึกษาการขนส่ง MNP ในระบบจำลองในหลอดทดลองนี้ ดำเนินการบนโครงสร้างไฮโดรไดนามิกที่พัฒนาโดยสถาบันเวชศาสตร์ทดลองของศูนย์วิจัยการแพทย์แห่งรัฐอัลมาซอฟ สังกัดกระทรวงสาธารณสุขของรัสเซีย ปริมาตรของของเหลวที่ไหลเวียน (น้ำกลั่นหรือสารละลาย Krebs-Henseleit) คือ 225 มิลลิลิตร ใช้แม่เหล็กทรงกระบอกที่มีสนามแม่เหล็กตามแนวแกนเป็นแม่เหล็กถาวร วางแม่เหล็กบนตัวยึดห่างจากผนังด้านในของท่อแก้วตรงกลาง 1.5 มิลลิเมตร โดยให้ปลายของแม่เหล็กหันไปในทิศทางของท่อ (แนวตั้ง) อัตราการไหลของของเหลวในวงปิดคือ 60 ลิตร/ชั่วโมง (ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วเชิงเส้น 0.225 เมตร/วินาที) ใช้สารละลาย Krebs-Henseleit เป็นของเหลวที่ไหลเวียนเนื่องจากเป็นอะนาล็อกของพลาสมา ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดไดนามิกของพลาสมาคือ 1.1–1.3 mPa∙s 9. ปริมาณของ MNP ที่ถูกดูดซับในสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยการวัดด้วยสเปกโทรโฟโตเมตรีจากความเข้มข้นของเหล็กในของเหลวที่ไหลเวียนหลังจากการทดลอง
นอกจากนี้ ยังมีการศึกษาทดลองบนโต๊ะกลศาสตร์ของไหลที่ได้รับการปรับปรุงเพื่อกำหนดค่าการซึมผ่านสัมพัทธ์ของหลอดเลือด ส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์รองรับแบบไฮโดรไดนามิกแสดงในรูปที่ 3 ส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์รองรับแบบไฮโดรไดนามิกคือ วงจรปิดที่จำลองหน้าตัดของระบบหลอดเลือดจำลอง และถังเก็บ การเคลื่อนที่ของของเหลวจำลองไปตามรูปทรงของโมดูลหลอดเลือดนั้นเกิดจากปั๊มแบบเพริสตัลติก ในระหว่างการทดลอง ให้รักษาระดับการระเหยและช่วงอุณหภูมิที่ต้องการ และตรวจสอบพารามิเตอร์ของระบบ (อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหลของของเหลว และค่า pH)
รูปที่ 3 แผนภาพบล็อกแสดงการจัดวางอุปกรณ์ที่ใช้ในการศึกษาการซึมผ่านของผนังหลอดเลือดแดงคาโรติด 1-ถังเก็บ 2-ปั๊มแบบเพริสตัลติก 3-กลไกสำหรับนำสารแขวนลอยที่มี MNP เข้าสู่ระบบ 4-เครื่องวัดอัตราการไหล 5-เซ็นเซอร์ความดันในระบบ 6-เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 7-ห้องบรรจุ 8-แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก 9-บอลลูนบรรจุไฮโดรคาร์บอน
ห้องที่บรรจุภาชนะประกอบด้วยภาชนะสามใบ ได้แก่ ภาชนะขนาดใหญ่ด้านนอกและภาชนะขนาดเล็กสองใบ ซึ่งแขนของวงจรกลางจะลอดผ่าน ท่อนำไฟฟ้าถูกสอดเข้าไปในภาชนะขนาดเล็ก ภาชนะขนาดใหญ่ถูกผูกติดกับภาชนะขนาดเล็ก และปลายของท่อนำไฟฟ้าถูกมัดแน่นด้วยลวดเส้นเล็ก ช่องว่างระหว่างภาชนะขนาดใหญ่และภาชนะขนาดเล็กเต็มไปด้วยน้ำกลั่น และอุณหภูมิจะคงที่เนื่องจากการเชื่อมต่อกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ช่องว่างในภาชนะขนาดเล็กเต็มไปด้วยสารละลาย Krebs-Henseleit เพื่อรักษาความมีชีวิตของเซลล์หลอดเลือด ถังก็เต็มไปด้วยสารละลาย Krebs-Henseleit เช่นกัน ระบบจ่ายก๊าซ (คาร์บอน) ใช้สำหรับทำให้สารละลายในภาชนะขนาดเล็กกลายเป็นไอในถังเก็บและห้องที่บรรจุภาชนะ (รูปที่ 4)
ภาพที่ 4 ช่องที่วางภาชนะบรรจุ 1-ท่อสำหรับสอดเข้าไปในหลอดเลือด 2-ช่องด้านนอก 3-ช่องเล็ก ลูกศรแสดงทิศทางของของเหลวจำลอง
ในการหาค่าดัชนีการซึมผ่านสัมพัทธ์ของผนังหลอดเลือด ได้ใช้หลอดเลือดแดงคาโรติดของหนูเป็นตัวอย่าง
การนำสารแขวนลอย MNP (0.5 มล.) เข้าสู่ระบบมีลักษณะดังต่อไปนี้: ปริมาตรภายในทั้งหมดของถังและท่อเชื่อมต่อในวงจรคือ 20 มล. และปริมาตรภายในของแต่ละห้องคือ 120 มล. แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กภายนอกเป็นแม่เหล็กถาวรขนาดมาตรฐาน 2×3 มม. ติดตั้งอยู่เหนือห้องเล็กห้องหนึ่ง ห่างจากภาชนะ 1 ซม. โดยให้ปลายด้านหนึ่งหันเข้าหาผนังภาชนะ อุณหภูมิถูกควบคุมไว้ที่ 37°C กำลังของปั๊มลูกกลิ้งถูกตั้งไว้ที่ 50% ซึ่งสอดคล้องกับความเร็ว 17 ซม./วินาที สำหรับการควบคุม ตัวอย่างถูกเก็บในเซลล์ที่ไม่มีแม่เหล็กถาวร
หนึ่งชั่วโมงหลังจากให้สารละลาย MNP ในความเข้มข้นที่กำหนดแล้ว ได้ทำการเก็บตัวอย่างของเหลวจากห้องทดลอง และวัดความเข้มข้นของอนุภาคด้วยเครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์ Unico 2802S UV-Vis (United Products & Instruments, USA) โดยคำนึงถึงสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของสารละลาย MNP การวัดจึงดำเนินการที่ความยาวคลื่น 450 นาโนเมตร
ตามแนวทางของ Rus-LASA-FELASA สัตว์ทดลองทั้งหมดได้รับการเลี้ยงดูในสถานที่ปลอดเชื้อโรคเฉพาะ การศึกษานี้เป็นไปตามข้อบังคับด้านจริยธรรมที่เกี่ยวข้องทั้งหมดสำหรับการทดลองและการวิจัยในสัตว์ และได้รับการอนุมัติทางจริยธรรมจากศูนย์วิจัยทางการแพทย์แห่งชาติอัลมาซอฟ (IACUC) สัตว์ทดลองได้รับน้ำดื่มอย่างไม่จำกัดและอาหารอย่างสม่ำเสมอ
การศึกษานี้ดำเนินการกับหนู NSG เพศผู้ที่มีภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่อง อายุ 12 สัปดาห์ จำนวน 10 ตัว (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/Szj, Jackson Laboratory, USA) ที่ได้รับการวางยาสลบ น้ำหนัก 22 กรัม ± 10% เนื่องจากภูมิคุ้มกันของหนูที่มีภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องถูกกดไว้ หนูสายพันธุ์นี้จึงสามารถปลูกถ่ายเซลล์และเนื้อเยื่อของมนุษย์ได้โดยไม่เกิดการปฏิเสธการปลูกถ่าย หนูที่มาจากครอกเดียวกันในกรงที่แตกต่างกันถูกสุ่มจัดกลุ่มทดลอง และถูกเลี้ยงรวมกันหรือสัมผัสกับวัสดุรองนอนของกลุ่มอื่นอย่างเป็นระบบ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับจุลินทรีย์ในลำไส้ร่วมกันอย่างเท่าเทียมกัน
เซลล์มะเร็งมนุษย์สายพันธุ์ HeLa ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลองซีโนกราฟต์ เซลล์ถูกเพาะเลี้ยงใน DMEM ที่มีกลูตามีน (PanEco, รัสเซีย) เสริมด้วยซีรั่มจากลูกวัว 10% (Hyclone, สหรัฐอเมริกา) เพนิซิลลิน 100 CFU/mL และสเตรปโตไมซิน 100 μg/mL เซลล์สายพันธุ์นี้ได้รับความอนุเคราะห์จากห้องปฏิบัติการควบคุมการแสดงออกของยีน สถาบันวิจัยเซลล์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์รัสเซีย ก่อนการฉีด เซลล์ HeLa ถูกนำออกจากพลาสติกเพาะเลี้ยงด้วยสารละลายทริปซิน:เวอร์ซีน 1:1 (Biolot, รัสเซีย) หลังจากล้างแล้ว เซลล์ถูกแขวนลอยในอาหารเลี้ยงเซลล์ที่สมบูรณ์ที่ความเข้มข้น 5×10⁶ เซลล์ต่อ 200 μL และเจือจางด้วยเมทริกซ์เยื่อฐาน (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) (1:1 บนน้ำแข็ง) สารละลายเซลล์ที่เตรียมไว้ถูกฉีดเข้าใต้ผิวหนังบริเวณต้นขาของหนู ใช้เครื่องมือวัดระยะแบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อตรวจสอบการเติบโตของเนื้องอกทุก 3 วัน
เมื่อเนื้องอกมีขนาดถึง 500 มม.³ ได้ทำการฝังแม่เหล็กถาวรลงในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อของสัตว์ทดลองใกล้กับเนื้องอก ในกลุ่มทดลอง (MNPs-ICG + tumour-M) ได้ฉีดสารละลาย MNP ปริมาณ 0.1 มล. และให้สัตว์ทดลองสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก สัตว์ทดลองที่ไม่ได้รับการรักษาใดๆ ถูกใช้เป็นกลุ่มควบคุม (พื้นหลัง) นอกจากนี้ ยังใช้สัตว์ทดลองที่ฉีด MNP ปริมาณ 0.1 มล. แต่ไม่ได้ฝังแม่เหล็ก (MNPs-ICG + tumor-BM) ด้วย
การแสดงภาพเรืองแสงของตัวอย่างในร่างกายและนอกร่างกายดำเนินการโดยใช้เครื่องไบโออิมเมจเจอร์ IVIS Lumina LT series III (PerkinElmer Inc., สหรัฐอเมริกา) สำหรับการแสดงภาพนอกร่างกาย เติมสารละลายสังเคราะห์ PLA-EDA-ICG และ MNP-PLA-EDA-ICG ปริมาตร 1 มล. ลงในหลุมของเพลท โดยคำนึงถึงลักษณะการเรืองแสงของสีย้อม ICG จึงเลือกตัวกรองที่ดีที่สุดในการกำหนดความเข้มของการเรืองแสงของตัวอย่าง โดยมีความยาวคลื่นกระตุ้นสูงสุด 745 นาโนเมตร และความยาวคลื่นการปล่อย 815 นาโนเมตร ใช้ซอฟต์แวร์ Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) ในการวัดปริมาณความเข้มของการเรืองแสงของหลุมที่มีสารละลายดังกล่าว
วัดความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนต์และการสะสมของสารประกอบ MNP-PLA-EDA-ICG ในหนูทดลองที่เป็นแบบจำลองเนื้องอกในร่างกาย โดยไม่มีการใช้สนามแม่เหล็กในบริเวณที่สนใจ หนูทดลองถูกวางยาสลบด้วยไอโซฟลูเรน จากนั้นฉีดสารประกอบ MNP-PLA-EDA-ICG ปริมาณ 0.1 มิลลิลิตร เข้าทางเส้นเลือดดำที่หาง หนูที่ไม่ได้รับการรักษาถูกใช้เป็นกลุ่มควบคุมเชิงลบเพื่อหาค่าพื้นหลังของแสงฟลูออเรสเซนต์ หลังจากฉีดสารประกอบเข้าทางเส้นเลือดดำแล้ว ให้วางสัตว์ทดลองบนแท่นให้ความร้อน (37°C) ในห้องของเครื่องถ่ายภาพฟลูออเรสเซนต์ IVIS Lumina LT series III (PerkinElmer Inc.) ขณะที่ยังคงดมยาสลบด้วยไอโซฟลูเรน 2% ใช้ตัวกรองในตัวของ ICG (745–815 นาโนเมตร) สำหรับการตรวจจับสัญญาณ 1 นาทีและ 15 นาทีหลังจากการฉีด MNP
เพื่อประเมินการสะสมของสารประกอบในเนื้องอก บริเวณช่องท้องของสัตว์ทดลองถูกคลุมด้วยกระดาษ ซึ่งทำให้สามารถกำจัดแสงฟลูออเรสเซนต์ที่สว่างจ้าซึ่งเกี่ยวข้องกับการสะสมของอนุภาคในตับได้ หลังจากศึกษาการกระจายตัวทางชีวภาพของ MNP-PLA-EDA-ICG แล้ว สัตว์ทดลองจะถูกทำการุณยฆาตอย่างมีมนุษยธรรมโดยการให้ยาสลบไอโซฟลูเรนเกินขนาด เพื่อแยกบริเวณเนื้องอกและประเมินปริมาณรังสีฟลูออเรสเซนต์ในภายหลัง ใช้ซอฟต์แวร์ Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) ในการประมวลผลการวิเคราะห์สัญญาณด้วยตนเองจากบริเวณที่สนใจที่เลือกไว้ ทำการวัด 3 ครั้งสำหรับสัตว์แต่ละตัว (n = 9)
ในการศึกษาครั้งนี้ เราไม่ได้วัดปริมาณการบรรจุ ICG ลงบน MNPs-ICG ที่ประสบความสำเร็จ นอกจากนี้ เราไม่ได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพการคงอยู่ของอนุภาคนาโนภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็กถาวรที่มีรูปร่างแตกต่างกัน และเราไม่ได้ประเมินผลระยะยาวของสนามแม่เหล็กต่อการคงอยู่ของอนุภาคนาโนในเนื้อเยื่อเนื้องอกด้วย
อนุภาคนาโนเป็นส่วนประกอบหลัก โดยมีขนาดเฉลี่ย 195.4 นาโนเมตร นอกจากนี้ สารละลายยังประกอบด้วยกลุ่มอนุภาคที่มีขนาดเฉลี่ย 1176.0 นาโนเมตร (ภาพที่ 5A) จากนั้นจึงนำส่วนดังกล่าวไปกรองผ่านตัวกรองแบบแรงเหวี่ยง ค่าศักย์ซีตาของอนุภาคคือ -15.69 มิลลิโวลต์ (ภาพที่ 5B)
รูปที่ 5 คุณสมบัติทางกายภาพของสารแขวนลอย: (A) การกระจายขนาดอนุภาค; (B) การกระจายตัวของอนุภาคที่ศักย์ซีตา; (C) ภาพถ่าย TEM ของอนุภาคนาโน
โดยพื้นฐานแล้วอนุภาคมีขนาด 200 นาโนเมตร (รูปที่ 5C) ประกอบด้วย MNP เดี่ยวที่มีขนาด 20 นาโนเมตร และเปลือกอินทรีย์แบบคอนจูเกต PLA-EDA-ICG ที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำกว่า การก่อตัวของกลุ่มก้อนในสารละลายในน้ำสามารถอธิบายได้ด้วยค่าโมดูลัสของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของอนุภาคนาโนแต่ละตัวที่ค่อนข้างต่ำ
สำหรับแม่เหล็กถาวร เมื่อการทำให้เป็นแม่เหล็กกระจุกตัวอยู่ในปริมาตร V นิพจน์ปริพันธ์จะถูกแบ่งออกเป็นสองปริพันธ์ ได้แก่ ปริพันธ์ปริมาตรและปริพันธ์พื้นผิว:
ในกรณีของตัวอย่างที่มีค่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคงที่ ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าจะเป็นศูนย์ ดังนั้น นิพจน์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมีรูปแบบดังต่อไปนี้:
ใช้โปรแกรม MATLAB (MathWorks, Inc., สหรัฐอเมริกา) สำหรับการคำนวณเชิงตัวเลข โดยมีหมายเลขใบอนุญาตทางวิชาการ ETU “LETI” คือ 40502181
ดังแสดงในรูปที่ 7 รูปที่ 8 รูปที่ 9 และรูปที่ 10 สนามแม่เหล็กที่แรงที่สุดเกิดจากแม่เหล็กที่วางตัวตามแนวแกนจากปลายของทรงกระบอก รัศมีของการทำงานที่มีประสิทธิภาพจะเทียบเท่ากับรูปทรงเรขาคณิตของแม่เหล็ก ในแม่เหล็กทรงกระบอกที่มีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลาง สนามแม่เหล็กที่แรงที่สุดจะสังเกตได้ในทิศทางตามแนวแกน-รัศมี (สำหรับส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง) ดังนั้น การดูดซับ MNP ด้วยคู่ทรงกระบอกที่มีอัตราส่วนด้าน (เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาว) ที่มากกว่าจึงมีประสิทธิภาพมากที่สุด
รูปที่ 7 ส่วนประกอบของความเข้มการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก Bz ตามแนวแกน Oz ของแม่เหล็ก ขนาดมาตรฐานของแม่เหล็ก: เส้นสีดำ 0.5×2 มม., เส้นสีน้ำเงิน 2×2 มม., เส้นสีเขียว 3×2 มม., เส้นสีแดง 5×2 มม.
รูปที่ 8 ส่วนประกอบการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก Br ตั้งฉากกับแกนแม่เหล็ก Oz; ขนาดมาตรฐานของแม่เหล็ก: เส้นสีดำ 0.5×2 มม., เส้นสีน้ำเงิน 2×2 มม., เส้นสีเขียว 3×2 มม., เส้นสีแดง 5×2 มม.
รูปที่ 9 ความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กองค์ประกอบ Bz ที่ระยะ r จากแกนปลายของแม่เหล็ก (z=0); ขนาดมาตรฐานของแม่เหล็ก: เส้นสีดำ 0.5×2 มม., เส้นสีน้ำเงิน 2×2 มม., เส้นสีเขียว 3×2 มม., เส้นสีแดง 5×2 มม.
รูปที่ 10 ส่วนประกอบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตามทิศทางรัศมี; ขนาดแม่เหล็กมาตรฐาน: เส้นสีดำ 0.5×2 มม., เส้นสีน้ำเงิน 2×2 มม., เส้นสีเขียว 3×2 มม., เส้นสีแดง 5×2 มม.
แบบจำลองอุทกพลศาสตร์พิเศษสามารถนำมาใช้ศึกษาถึงวิธีการนำส่งอนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP) ไปยังเนื้อเยื่อเนื้องอก การรวมตัวของอนุภาคนาโนในบริเวณเป้าหมาย และการกำหนดพฤติกรรมของอนุภาคนาโนภายใต้สภาวะอุทกพลศาสตร์ในระบบไหลเวียนโลหิต แม่เหล็กถาวรสามารถใช้เป็นสนามแม่เหล็กภายนอกได้ หากเราละเลยปฏิสัมพันธ์แม่เหล็กสถิตระหว่างอนุภาคนาโนและไม่พิจารณาแบบจำลองของไหลแม่เหล็ก การประมาณปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กกับอนุภาคนาโนเดี่ยวด้วยการประมาณแบบไดโพล-ไดโพลก็เพียงพอแล้ว
โดยที่ m คือโมเมนต์แม่เหล็กของแม่เหล็ก r คือเวกเตอร์รัศมีของจุดที่อนุภาคนาโนตั้งอยู่ และ k คือตัวประกอบของระบบ ในการประมาณแบบไดโพล สนามของแม่เหล็กจะมีโครงสร้างที่คล้ายกัน (รูปที่ 11)
ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ อนุภาคนาโนจะหมุนไปตามแนวเส้นแรงเท่านั้น แต่ในสนามแม่เหล็กไม่สม่ำเสมอ จะมีแรงกระทำต่ออนุภาคนาโน:
อนุพันธ์ของทิศทาง l ที่กำหนดให้คืออะไร นอกจากนี้ แรงยังดึงอนุภาคนาโนไปยังบริเวณที่ไม่เรียบที่สุดของสนาม นั่นคือ ความโค้งและความหนาแน่นของเส้นแรงเพิ่มขึ้น
ดังนั้น จึงควรใช้แม่เหล็ก (หรือโซ่แม่เหล็ก) ที่มีความแรงเพียงพอและมีคุณสมบัติแอนไอโซโทรปีตามแนวแกนที่ชัดเจนในบริเวณที่อนุภาคอยู่
ตารางที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความสามารถของแม่เหล็กเดี่ยวในการเป็นแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กที่เพียงพอต่อการดักจับและกักเก็บอนุภาคนาโนแม่เหล็ก (MNP) ในหลอดเลือดของบริเวณที่ใช้งาน