Борьба с раком: ученые разрабатывают теорию «коллективного поведения» наночастиц
Компьютерный эксперимент, проведенный учеными Уральского федерального университета совместно с коллегами из Эдинбурга, показал, что некорректно описывать поведение магнитных наночастиц, которые обеспечивают нагрев клеток суммой реакций с каждой из них: частицы постоянно взаимодействуют, а их «коллектив» Поведение «производит уникальный эффект. Ученые опубликовали результаты исследований в журнале Physical Review E.
«Техника компьютерного моделирования дешевле лабораторных исследований, и мы знаем все параметры каждой частицы и все влияющие факторы», — говорит Алексей Иванов, профессор УрФУ.
В рамках исследования магнитные частицы ( частицы магнитных материалов, которые в сто раз меньше самых тонких человеческих волос) рассматривались в качестве важного элемента в процессе лечения рака, когда опухоль локально подвергается воздействию тепла в то время как на одновременно пациент проходит курс химиотерапии.
«Подвергая частицы воздействию внешнего магнитного поля , можно« транспортировать »лекарства точно в определенную часть тела», — объясняет Иванов. «Если вы поместите такие частицы в специальное вещество, избирательно поглощаемое раковыми клетками, рентген даст контрастную картину ткани, пораженной опухолью».
Переменное магнитное поле, образованное источником переменного электрического тока, поглощает энергию и заставляет частицы вращаться быстрее и тем самым обеспечивает нагрев. Интенсивность реакции частиц зависит от различных факторов: мощности излучателя магнитного поля, частоты его вращения, размера наночастиц, их прилипания друг к другу и т. Д.
Профессор УрФУ и его коллега Филип Кэмп, профессор Эдинбургского университета, с помощью компьютерного моделирования предсказывают реакцию всей «команды» магнитных наночастиц на внешний источник магнитного поля определенной мощности и частоты. Российский ученый отвечал за теоретическую основу эксперимента, а его коллега из Шотландии — за его практическое выполнение на суперкомпьютере. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.
Согласно классической теории Дебая 1923 года, «коллективное поведение» частиц описывается суммой реакций каждой из частиц, объединенных в «ансамбль». Компьютерные эксперименты привели Иванова и Кэмпа к предположению, что это ошибочное представление: частицы постоянно взаимодействуют, влияют друг на друга, и их «коллективное поведение» дает уникальный эффект и не сводится к сумме «индивидуальных» реакций.
«При определенной частоте переменного магнитного поля возникает резонанс: максимальный отклик наночастиц, максимальное поглощение ими энергии и, следовательно, максимальный нагрев», — добавляет Иванов. «В результате компьютерного эксперимента мы определили два таких максимума для больших и малых частиц для сред с преобладанием первого и второго. Если мы применили формулы Дебая при расчете периода и интенсивности локального нагрева Опухоль, мы дадим противоположный прогноз и не получим наилучшего необходимого эффекта. Наша модель показывает, что по сравнению с классической формулой Дебая максимумы нагрева должны быть на порядок меньше, а полученный эффект должен быть в два раза больше «.
Теперь Алексей Иванов и его коллеги из Немецкого технического университета в Брауншвейге планируют провести серию лабораторных экспериментов для подтверждения теории.
