Уральские и британские ученые исследовали «коллективное поведение» наночастиц для борьбы с онкологией

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) и Эдинбургского университета опубликовали результаты совместного исследования магнитных наночастиц, которое поможет в лечении онкологических заболеваний.

Как сообщает пресс-служба УрФУ, ученые двух стран рассматривали магнитные частицы (частицы магнитных материалов размером в сто раз меньше тонкого человеческого волоса), как незаменимый участник процесса лечения рака, когда опухоль локально нагревают, параллельно проводя химиотерапию. Воздействуя на такие частицы внешним магнитным полем к определенному участку организма транспортируются необходимые лекарства.

Переменное магнитное поле, формирующееся источником переменного электрического тока, поглощает энергию и заставляет частицы вращаться быстрее и тем самым обеспечивать нагрев. Интенсивность отклика частиц зависит от разных факторов: мощности излучателя магнитного поля, частоты его вращения, размеров наночастиц, сцеплений их друг с другом и т. д. Ученые называют такой метод магнитной гипертермией, а реакцию наночастиц - динамическим откликом.

С помощью компьютерного моделирования процесса прогнозировали реакцию целого «коллектива» магнитных наночастиц на внешний источник магнитного поля той или иной мощности и частоты. Алексей Иванов из УрФУ отвечал за теоретическое обоснование эксперимента, а Филип Кэмп из Эдинбургского университета - за проведение эксперимента на суперкомпьютере.

В соответствии с классической теорией Дебая 1923 года «коллективное поведение» частиц описывается суммой реакций каждой из частиц, сложенных в «ансамбль». Компьютерные эксперименты привели Иванова и Кэмпа к предположению, что это неверное представление - частицы постоянно взаимодействуют, влияют друг на друга и их «коллективное поведение» дает особый эффект и не сводится к сумме «индивидуальных» реакций.

«При определенной частоте переменного магнитного поля происходит резонанс — максимальный отклик наночастиц, максимальное поглощение энергии ими и, следовательно, максимальное нагревание. В результате компьютерного эксперимента мы выявили два таких максимума - для больших и малых частиц, для сред с преобладанием первых и вторых. Если бы мы применили формулы Дебая при расчете периода и интенсивности локального нагрева опухоли, то дали бы противоположный прогноз и необходимого наилучшего эффекта не получили. Наша модель показывает, что в сравнении с классической формулой Дебая максимумы нагрева должны быть на порядок меньше, а получаемый при этом эффект - в два раза больше», - рассказал Алексей Иванов.

Сейчас ученые планируют организовать серию лабораторных экспериментов, чтобы подтвердить свою теорию.