Προσδιορισμός της κυτταρικής πρόσληψης και του ρυθμού ειδικής απορρόφησης (SAR) core/cell μαγνητικών νανοσωματιδίων FeMgO για την εφαρμογή υπερθερμίας
Creators: name: Χαλκίδου, Αναστασία Σοφοκλή
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Μαγνητικά νανοσωματίδια
Υπερθερμία
Καρκίνος
Κυτταρική πρόσληψη
Magnetic nanoparticles
Hyperthermia
Cancer
Cellular uptake

description: Ο καρκίνος αποτελεί ίσως την ασθένεια με το μεγαλύτερο ερευνητικό ενδιαφέρον αυτή την στιγμή παγκοσμίως. Ο κύριος προσανατολισμός των ερευνών είναι η ανάπτυξη εναλλακτικών μορφών θεραπείας, οι οποίες θα συνεπικουρούν στις ήδη υπάρχουσες. Μία από αυτές, η υπερθερμία, έχει αποτελέσει και στο παρελθόν αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας, ωστόσο οι αντικειμενικές δυσκολίες στην εφαρμογή της και κυρίως η δυνατότητα για εκλεκτική θέρμανση μόνο των καρκινικών κυττάρων έκαναν αδύνατη την ευρεία εφαρμογή της μέχρι σήμερα. Με τον όρο υπερθερμία αναφερόμαστε στην ανύψωση της θερμοκρασίας είτε όλου του σώματος (ολοσωματική υπερθερμία) είτε τμήματος μονάχα αυτού σε θερμοκρασίες πάνω από 41- 42oC. Στις θερμοκρασίες αυτές τα καρκινικά κύτταρα υφίστανται βλάβες, τις οποίες δεν μπορούν να αποκαταστήσουν με αποτέλεσμα να σκοτώνονται. Αντίθετα, τα φυσιολογικά κύτταρα διαθέτουν μηχανισμούς τέτοιους οι οποίοι επιτρέπουν την επιβίωσή τους στις θερμοκρασίες αυτές με αποτέλεσμα να καθίσταται η υπερθερμία εκλεκτική θεραπευτική μέθοδος, κάτι το οποίο αποτελεί και το ζητούμενο στην θεραπευτική αντιμετώπιση του καρκίνου. Ωστόσο, η υπερθερμία δεν αποτελεί μια καινούργια θεραπευτική προσέγγιση. Εδώ και αρκετές δεκαετίες έχουν γίνει προσπάθειες εφαρμογής της χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους, από τις πλέον απλές, όπως η εμβύθιση ολόκληρου του σώματος μέσα σε δεξαμενή με ζεστό νερό, μέχρι την εφαρμογή υψηλών ραδιοσυχνοτήτων, την εμφύτευση μετάλλων στο ανθρώπινο σώμα και την ανάπτυξη ρευμάτων eddy σε αυτά. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται μια μορφή υπερθερμίας η οποία γίνεται ενδοκυτταρικά με την μεσολάβηση μαγνητικών υλικών και συγκεκριμένα μαγνητικών νανοσωματιδίων (magnetic nanoparticles), τα οποία ενδοκυτταρώνονται από τα κύτταρα. Η μαγνητική υπερθερμία, όπως ονομάζεται, έχει ως θεωρητική βάση τις ενεργειακές απώλειες που εμφανίζονται κατά την αντιστροφή της μαγνήτισης στα υλικά αυτά, όταν εφαρμόζεται εξωτερικό εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο και έχουν ως αποτέλεσμα την παραγωγή θερμότητας. Οι επιμέρους μηχανισμοί με τους οποίους παράγεται η θερμότητα αυτή θα αναπτυχθούν στα αντίστοιχα κεφάλαια. Η εφαρμογή της μαγνητικής υπερθερμίας έχει τρεις βασικές παραμέτρους, οι οποίες ρυθμίζουν την αποτελεσματικότητά της και ταυτόχρονα επηρεάζουν την δυνατότητα εφαρμογής της. Η μία από αυτές έχει να κάνει με τις παραμέτρους του εφαρμοζόμενου πεδίου, όπως είναι η συχνότητα και το εύρος του κι αυτό γιατί υπάρχουν φυσικοί, τεχνικοί και ιατροβιολογικοί παράγοντες, οι οποίοι μας θέτουν όρια για την αύξηση των δύο αυτών παραμέτρων. Οι άλλες δύο παράμετροι έχουν να κάνουν με τα ίδια τα μαγνητικά νανοσωματίδια και αφορούν αφενός μεν Χαλκίδου Αναστασία Core/Cell Μαγνητικά Νανοσωματίδια Θεσσα λονίκη 2009 4 στην βιοσυμβατότητά τους με τον ανθρώπινο οργανισμό και την πρόσληψή τους από τα καρκινικά κύτταρα, αφετέρου στον παράγοντα SAR (specific absorption rate) ο οποίος είναι ο πλέον πολύτιμος δείκτης για την αποτελεσματικότητά τους στο να παράγουν θερμότητα. Ο SAR είναι ουσιαστικά ο δείκτης για την μέτρηση του ποσού της ενέργειας (θερμότητας) το οποίο απορροφά ο οργανισμός κατά την εφαρμογή του εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου στα μαγνητικά νανοσωματίδια. Ο δείκτης SAR μετριέται σε Watt/kg. Η εξίσωσή η οποία μας δίνει τον SAR είναι: Όπου c είναι η ειδική θερμότητα, mf είναι η μάζα του διαλύματός, mFe είναι αντίστοιχα η μάζα των νανοσωματιδίων σε Fe που περιέχονται στο διάλυμά μας, ΔΤ/Δt είναι η κλίση της καμπύλης της θερμοκρασίας ως προς τον χρόνο. Στα πλαίσια της παρούσης εργασίας πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του SAR σε δείγματα αναφοράς για διάφορες τιμές έντασης του πεδίου και εν συνεχεία, αφού το διάλυμα των μαγνητικών νανοσωματιδίων επωάστηκε με διάφορες καρκινικές σειρές, έγιναν μετρήσεις του SAR στις σειρές αυτές. Σε ότι αφορά στα καρκινικά κύτταρα που χρησιμοποιήθηκαν, πρόκειται για κυτταρικές σειρές από καρκίνο του μαστού με διαφορετικά χαρακτηριστικά μεταξύ τους ως προς την έκφραση διαφόρων ορμονικών υποδοχέων στην μεμβράνη τους, καθώς επίσης και του αυξητικού παράγοντα HER2/neu. Εκτός από τις μετρήσεις του SAR, αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής αποτέλεσε ο έλεγχος της βιοσυμβατότητας/κυτταροτοξικότητας των μαγνητικών νανοσωματιδίων στα καρκινικά κύτταρα, η μέτρηση του βαθμού πρόσληψης των νανοσωματιδίων από τα κύτταρα και γενικότερα η ανάπτυξή μιας πειραματικής διαδικασίας για τον πλήρη χαρακτηρισμό μαγνητικών νανοσωματιδίων σε ότι αφορά την δομή τους, τα φυσικά χαρακτηριστικά τους, την πρόπρόσληψή τους από τα καρκινικά κύτταρα και την μέτρηση του SAR.
description: Cancer is one of the leading causes of morbidity and mortality worldwide. Also it represents an area of great interest for research. There is specific interest for the discovery of new forms of treatment that they could be combined with the ones that we already use in clinical practice. Hyperthermia is one of them and at the past has been subject of intensive research, but due to technical difficulties in her application and especially that it could not electively induce heating to only the cancer cells made her wide clinical application not feasible until recently. The term hyperthermia refers to the elevation of the temperature of the human body at temperature above 41-42 °C. In those temperatures the cells experience damages to their proteins. The cancer cells lack the mechanisms to restore these damages and die as a result of that. Contrary the normal cells have those mechanism that enable's them to restore the damage from heating and have a clear advantage in surviving. Research has shown that high temperatures can damage and kill cancer cells, usually with minimal injury to normal tissues. Hyperthermia offers an attractive approach for the treatment of cancer because, as a local therapy, it is associated with fewer side effects in comparison to chemo- and radiotherapy, and it can be used in combination with all conventional treatment modalities. However hyperthermia is not a new treatment. For decades now there have been attempts to apply hyperthermia in the every day clinical practice by using various techniques such as the use of thermal chambers or hot water blankets for whole body hyperthermia ,or in local hyperthermia, heat is applied to a small area, such as a tumor, using various techniques that deliver energy to heat the tumor. Different types of energy may be used to apply heat, including microwave, radiofrequency, and ultrasound. The history of the use of magnetic particles for selective heating of tumors started in 1957 when Gilchrist et al. used particles of a few mm in size for inductive heating of lymph nodes in dogs. More than 20 years later, Gordon et al. used a magnetic fluid (`dextran-magnetites' with a core size of up to 6 nm) for hyperthermia after systemic application. Magnetic nanoparticles being subjected to a magnetic AC field may show remarkable heating effects related to losses during the magnetization reversal process of the particles. Magnetic losses represent the amount of field energy converted into heat during magnetization reversal, are caused by different processes occuring in the particle system: (1) hysteresis (2) Neel or Brown relaxation and (3) frictional losses in viscous suspensions. In our study we are investigating the intracellular uptake and the specific absorption rate (SAR) of core/cell magnetic nanoparticles Fe/MgO in cancer breast lines as a possible candidate for application in magnetic hyperthermia