Nanometrowe materiały lub cząsteczki i ich formuły są przedmiotem szeroko zakrojonych badań dotyczących różnych zastosowań przemysłowych, biotechnologicznych i biomedycznych. Szczególnie interesujące są nanocząsteczki magnetyczne otrzymywane z żelaza, kobaltu, niklu i ich stopów, ponieważ oprócz niewielkich rozmiarów odznaczają się dużą powierzchnią, zdolnością do funkcjonalizacji powierzchni i adekwatnościami superparamagnetycznymi. W efekcie są stosowane do ukierunkowanego dostarczania leków i środków terapeutycznych, w obrazowaniu diagnostycznym, inżynierii tkankowej i różnych technologiach biosensorycznych.
Zespół projektu MAGNAMED, realizowanego przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, zaproponował opracowanie nowego rodzaju nanocząsteczek magnetycznych, które pozwoliłyby na wczesne wykrywanie nowotworów.
– Nasze nanocząsteczki w kształcie dysku są otrzymywane z czystych materiałów magnetycznych, które mogą rozszerzyć możliwości detekcyjne biosensorów magnetycznych, poprawiając zdolności wczesnego wykrywania raka – wyjaśnia główny badacz Rafael Morales.
Nanocząsteczki MAGNAMED zostały zaprojektowane i wyprodukowane w specjalnej konfiguracji nazywanej stanem wirowym. Oznacza on określony kolisty układ maleńkich domen magnetycznych w nanocząsteczkach, który przypomina wir. Struktura taka zapewnia dodatkową stabilność. Nanocząsteczki o średnicy od 0,2 do 4 μm wygenerowano przy użyciu technik litograficznych i z powodzeniem wykorzystano w ultraczułych biosensorach do wykrywania biomarkerów nowotworowych.
Obecne metody leczenia raka, takie jak chirurgia, radioterapia i chemioterapia, mają istotne skutki uboczne. Nanocząsteczki magnetyczne w połączeniu z magnesami zewnętrznymi uważa się za obiecującą alternatywę dla niszczenia komórek nowotworowych przy pomocy ciepła (hipertermii).
Przypominająca dysk geometria nanocząsteczek MAGNAMED pozwala uzyskać ruch oscylacyjny po przyłożeniu do nich zmiennych pól magnetycznych. W efekcie po wchłonięciu tych cząsteczek przez komórki nowotworowe oscylacja prowadzi do śmierci 40 proc. z nich in vitro, co dowodzi wysokiego potencjału terapeutycznego tej innowacyjnej techniki.
Dalsze badania nad internalizacją nanocząsteczek w kilku liniach komórkowych raka skóry in vitro wykazały, iż komórki nowotworowe wchłaniają wszystkie cząsteczki, niezależnie od ich wielkości. W odróżnieniu od nich zdrowe komórki skóry prawie nie wchłaniają małych cząsteczek, co wskazuje na selektywne i specyficzne ukierunkowanie nanocząsteczek magnetycznych na komórki nowotworowe i dowodzi, iż nie niszczą one zdrowych tkanek.
– Planujemy ulepszenie efektywności tej techniki i rozszerzenie jej na modele in vivo, takie jak myszy i organoidy – mówi Morales.
Nanocząsteczki magnetyczne MAGNAMED oznaczają nowe możliwości w terapii nowotworów także dlatego, iż w porównaniu z hipertermią wymagają mniej sprzętu technicznego oraz słabszego pola magnetycznego.
Co ciekawe, naukowcy wykazali, iż wytworzone nanocząsteczki w kształcie dysku mogą również aktywować czułe na bodźce mechaniczne kanały jonowe obecne na neuronach i powodować długotrwałą stymulację neuronalną. Nieinwazyjna manipulacja komórkami jest niezwykle przydatna w podstawowych badaniach neurobiologicznych, a także w terapii zaburzeń neurologicznych.
Wyniki badań MAGNAMED torują drogę do kontrolowanej, a jednocześnie nieinwazyjnej stymulacji sygnalizacji biologicznej dzięki pól magnetycznych i nanocząsteczek magnetycznych. Ponadto dzięki projektowi powstanie nowa technika nieinwazyjnego leczenia neuromodulacyjnego różnych zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych, w tym padaczki i choroby Alzheimera.
