Такие материалы можно использовать для выжигания опухоли или заживления язв желудка [фоторепортаж]
Команда уральских физиков, химиков и медиков разработала технологию создания и аттестации магнитных жидкостей, содержащих биосовместимые наночастицы, которые можно использовать для медицинских целей. В частности, для определения размеров, формы, положения, а при необходимости — и безоперационной деактивации опухолей, заживления язв желудка, лечения тромбоза. Ученым удалось создать крошечные магнитные наночастицы (диаметром 10–15 нанометров; для сравнения — толщина человеческого волоса 50 000–70 000 нанометров), подготовить водную магнитную суспензию на их основе и обеспечить их взаимодействие с костномозговыми клетками человека. Описание методологии исследовательский коллектив опубликовал в «Коллоидном журнале».
«Магнитные суспензии — это не единственный тип магнитных материалов, которые востребованы в медицине. Наши коллеги химики и медики работают с феррогелями, которые имитируют живую ткань, фактически играют роль протезов в некоторых случаях. Для синтеза феррогелей сначала получают магнитную жидкость, о которой уже шла речь. Феррогель можно использовать как „пластырь“ при язве желудка, и рана зарастет быстрее. Для этого необходимо доставить феррогель в нужное место и закрепить его там в конкретном положении. Сделать это можно благодаря наличию в составе феррогеля магнитных частиц, движение которых управляется магнитным полем. Такие работы и исследования сегодня крайне актуальны во всем мире. Вообще магнитные материалы используют даже в детской хирургии. Однако проблема в том, что нам нужны собственные технологии аттестации магнитных наноматериалов для биомедицины, в особенности в свете импортозамещения и санкций в отношении России», — рассказывает соавтор исследования, профессор-исследователь кафедры магнетизма и магнитных материалов УрФУ Галина Курляндская.
Биологические объекты — ткани, жидкости нашего организма обладают очень слабыми магнитными сигналами. Особенность магнитных наночастиц в том, что они могут быть адресно доставлены в определенное место организма, где позволят выявить проблемный участок и даже принять участие в лечении. Основа этого — возможность современных инструментов детектировать очень слабые магнитные поля адресно введенных в организм наночастиц и даже определять их концентрацию в определенной зоне живого организма. На кафедре магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ разрабатываются одни из самых чувствительных сенсоров слабых магнитных полей, позволяющих детектировать поля рассеяния магнитных наночастиц, датчики, работающие на основе гигантского магнитного импеданса.
В работе уральские ученые использовали магнитные наночастицы оксида железа, маггемита — недорогие магнитные наноматериалы с высокой степенью биосовместимости. На сегодня в Институте электрофизики УрО РАН научились создавать их большими партиями (до 400 граммов) с различными параметрами. В УрФУ синтезировали суспензию (магнитную жидкость, в которой наночастицы не слипаются) и исследовали их взаимодействие с костномозговыми клетками человека, обеспечивая либо закрепление на поверхности, либо проникновение наночастиц внутрь клеток.
«Мы использовали костномозговые клетки, потому что, во-первых, давно с ними работаем, так как они широко используются в медицине. Во-вторых, при выращивании и с помощью определенных манипуляций их можно модифицировать в клетки нескольких типов, соответствующие разным вид тканей, — поясняет Галина Курляндская. — Зачем вводить наночастицы в клетки? Дело в том, что как только частицы попадают в кровь, их тут же атакуют и деактивируют макрофаги, а в клетках наночастицы не воспринимаются инородным телом и их можно доставить к месту локальной терапии».
Наночастицы можно использовать в адресной доставке лекарств, например, при тромбозе: их связывают с лекарством-тромболитиком, а затем доставляют прямо в область тромба для адресного лечения и уменьшения побочных эффектов. С помощью наночастиц можно аккуратно деактивировать злокачественные опухоли за счет локального нагрева. Для каждой цели создаются свои суспензии, которые тестируются с различными клеточными культурами.
Наночастицы, созданные уральскими учеными, можно использовать не только в биомедицинских целях, поясняют физики. На их основе можно создавать композиты для защиты медицинского и другого оборудования от электромагнитных шумов. Кроме того, наночастицы в составе полимерных композитов можно использовать для улучшения характеристик детекторов положения (на сборочных линиях), ориентации (на транспорте) и многое другое. Например, с использованием таких частиц можно создавать магнитные материалы нового поколения для магнитных холодильников, которые работают эффективнее традиционных и более безопасны для окружающей среды.
Отметим, участие в работе приняли специалисты Уральского федерального университета, Института медицинских клеточных технологий, Уральского государственного медицинского университета, Института электрофизики Уральского отделения РАН. Работа выполнена в рамках договора НИР по оценке концентрации магнитных наночастиц оксидов железа в биологических образцах, государственного задания Министерства здравоохранения РФ (проект № 121032300335–1 «Магнитоактивные микросистемы-имплантаты биологических тканей на основе феррогелей») и при финансовой поддержке по программе «Приоритет-2030».
Анна Маринович
Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».