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Steuern Sie die Bewegung magnetischer Eisenoxid-Nanopartikel für die gezielte Abgabe von Zytostatika
Autor Toropova Y, Korolev D, Istomina M, Shulmeyster G, Petukhov A, Mishanin V, Gorshkov A, Podyacheva E, Gareev K, Bagrov A, Demidov O
Yana Toropova,1 Dmitry Korolev,1 Maria Istomina,1,2 Galina Shulmeyster,1 Alexey Petukhov,1,3 Vladimir Mishanin,1 Andrey Gorshkov,4 Ekaterina Podyacheva,1 Kamil Gareev,2 Alexei Bagrov,5 Oleg Demidov6,71Almazov National Medical Forschungszentrum des Gesundheitsministeriums der Russischen Föderation, St. Petersburg, 197341, Russische Föderation;2 Elektrotechnische Universität St. Petersburg „LETI“, St. Petersburg, 197376, Russische Föderation;3 Zentrum für personalisierte Medizin, Almazov State Medical Research Center, Gesundheitsministerium der Russischen Föderation, St. Petersburg, 197341, Russische Föderation;4FSBI „Influenza Research Institute benannt nach AA Smorodintsev“ Gesundheitsministerium der Russischen Föderation, St. Petersburg, Russische Föderation;5 Sechenov-Institut für Evolutionsphysiologie und Biochemie, Russische Akademie der Wissenschaften, St. Petersburg, Russische Föderation;6 RAS Institute of Cytology, St. Petersburg, 194064, Russische Föderation;7INSERM U1231, Fakultät für Medizin und Pharmazie, Universität Bourgogne-Franche-Comté Dijon, Frankreich Kommunikation: Yana ToropovaAlmazov National Medical Research Centre, Gesundheitsministerium der Russischen Föderation, Sankt Petersburg, 197341, Russische Föderation Tel. +7 981 95264800 4997069 E-Mail [email protected] Hintergrund: Ein vielversprechender Ansatz zur Lösung des Problems der zytostatischen Toxizität ist der Einsatz magnetischer Nanopartikel (MNP) zur gezielten Arzneimittelabgabe.Zweck: Verwendung von Berechnungen zur Bestimmung der besten Eigenschaften des Magnetfelds, das MNPs in vivo steuert, und Bewertung der Effizienz der Magnetronabgabe von MNPs an Maustumoren in vitro und in vivo.(MNPs-ICG) verwendet wird.In-vivo-Studien zur Lumineszenzintensität wurden an Tumormäusen mit und ohne Magnetfeld an der interessierenden Stelle durchgeführt.Diese Studien wurden auf einem hydrodynamischen Gerüst durchgeführt, das vom Institut für experimentelle Medizin des staatlichen medizinischen Forschungszentrums Almazov des russischen Gesundheitsministeriums entwickelt wurde.Ergebnis: Der Einsatz von Neodym-Magneten förderte die selektive Anreicherung von MNP.Eine Minute nach der Verabreichung von MNPs-ICG an tumortragende Mäuse reichert sich MNPs-ICG hauptsächlich in der Leber an.In Abwesenheit und Anwesenheit eines magnetischen Feldes zeigt dies seinen Stoffwechselweg an.Obwohl in Gegenwart eines Magnetfelds ein Anstieg der Fluoreszenz im Tumor beobachtet wurde, veränderte sich die Fluoreszenzintensität in der Leber des Tieres im Laufe der Zeit nicht.Schlussfolgerung: Diese Art von MNP kann in Kombination mit der berechneten Magnetfeldstärke die Grundlage für die Entwicklung einer magnetisch gesteuerten Abgabe von Zytostatika an Tumorgewebe bilden.Schlüsselwörter: Fluoreszenzanalyse, Indocyanin, Eisenoxid-Nanopartikel, Magnetronabgabe von Zytostatika, Tumor-Targeting
Tumorerkrankungen gehören weltweit zu den Haupttodesursachen.Gleichzeitig besteht weiterhin die Dynamik steigender Morbidität und Mortalität von Tumorerkrankungen.1 Die Chemotherapie ist auch heute noch eine der Hauptbehandlungen für verschiedene Tumoren.Gleichzeitig ist die Entwicklung von Methoden zur Reduzierung der systemischen Toxizität von Zytostatika weiterhin relevant.Eine vielversprechende Methode zur Lösung des Toxizitätsproblems besteht in der Verwendung nanoskaliger Träger zur gezielten Medikamentenverabreichung, die eine lokale Akkumulation von Medikamenten in Tumorgeweben bewirken kann, ohne deren Akkumulation in gesunden Organen und Geweben zu erhöhen.Konzentration.2 Diese Methode ermöglicht es, die Effizienz und gezielte Wirkung von Chemotherapeutika auf Tumorgewebe zu verbessern und gleichzeitig deren systemische Toxizität zu verringern.
Unter den verschiedenen Nanopartikeln, die für die gezielte Abgabe von Zytostatika in Betracht gezogen werden, sind magnetische Nanopartikel (MNPs) aufgrund ihrer einzigartigen chemischen, biologischen und magnetischen Eigenschaften, die ihre Vielseitigkeit gewährleisten, von besonderem Interesse.Daher können magnetische Nanopartikel als Heizsystem zur Behandlung von Tumoren mit Hyperthermie (magnetische Hyperthermie) eingesetzt werden.Sie können auch als Diagnostika (Magnetresonanzdiagnostik) eingesetzt werden.3-5 Unter Verwendung dieser Eigenschaften, kombiniert mit der Möglichkeit der MNP-Anreicherung in einem bestimmten Bereich durch die Verwendung eines externen Magnetfelds, ermöglicht die Abgabe gezielter pharmazeutischer Präparate die Schaffung eines multifunktionalen Magnetronsystems, um Zytostatika gezielt an die Tumorstelle zu bringen Aussichten.Ein solches System würde MNP und Magnetfelder umfassen, um ihre Bewegung im Körper zu steuern.Dabei können als Quelle des Magnetfeldes sowohl externe Magnetfelder als auch Magnetimplantate genutzt werden, die im Tumorbereich platziert werden.6 Die erste Methode weist schwerwiegende Mängel auf, darunter die Notwendigkeit, spezielle Geräte für die magnetische Ausrichtung von Medikamenten zu verwenden und das Personal für die Durchführung chirurgischer Eingriffe zu schulen.Darüber hinaus ist diese Methode durch hohe Kosten begrenzt und eignet sich nur für „oberflächliche“ Tumoren nahe der Körperoberfläche.Die alternative Methode der Verwendung magnetischer Implantate erweitert den Anwendungsbereich dieser Technologie und erleichtert den Einsatz bei Tumoren, die sich in verschiedenen Körperteilen befinden.Sowohl einzelne Magnete als auch in den intraluminalen Stent integrierte Magnete können als Implantate bei Tumorschädigungen in Hohlorganen eingesetzt werden, um deren Durchgängigkeit sicherzustellen.Unseren eigenen unveröffentlichten Untersuchungen zufolge sind diese jedoch nicht ausreichend magnetisch, um die Zurückhaltung von MNP aus dem Blutkreislauf sicherzustellen.
Die Wirksamkeit der Magnetron-Arzneimittelabgabe hängt von vielen Faktoren ab: den Eigenschaften des magnetischen Trägers selbst und den Eigenschaften der Magnetfeldquelle (einschließlich der geometrischen Parameter von Permanentmagneten und der Stärke des von ihnen erzeugten Magnetfelds).Die Entwicklung einer erfolgreichen magnetisch gesteuerten Technologie zur Abgabe von Zellinhibitoren sollte die Entwicklung geeigneter magnetischer nanoskaliger Arzneimittelträger, die Bewertung ihrer Sicherheit und die Entwicklung eines Visualisierungsprotokolls umfassen, das die Verfolgung ihrer Bewegungen im Körper ermöglicht.
In dieser Studie haben wir mathematisch die optimalen Magnetfeldeigenschaften berechnet, um den magnetischen Wirkstoffträger im Nanomaßstab im Körper zu kontrollieren.Die Möglichkeit, MNP unter dem Einfluss eines angelegten Magnetfelds mit diesen rechnerischen Eigenschaften durch die Blutgefäßwand zurückzuhalten, wurde auch an isolierten Blutgefäßen von Ratten untersucht.Darüber hinaus haben wir Konjugate aus MNPs und Fluoreszenzmitteln synthetisiert und ein Protokoll für deren Visualisierung in vivo entwickelt.Unter In-vivo-Bedingungen wurde an Tumormodellmäusen die Akkumulationseffizienz von MNPs in Tumorgeweben bei systemischer Verabreichung unter dem Einfluss eines Magnetfelds untersucht.
In der In-vitro-Studie verwendeten wir das Referenz-MNP und in der In-vivo-Studie verwendeten wir das mit Milchsäurepolyester (Polymilchsäure, PLA) beschichtete MNP, das ein fluoreszierendes Mittel (Indolcyanin; ICG) enthielt.MNP-ICG ist im Lieferumfang enthalten (MNP-PLA-EDA-ICG).
Die Synthese sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von MNP wurden an anderer Stelle ausführlich beschrieben.7,8
Um MNPs-ICG zu synthetisieren, wurden zunächst PLA-ICG-Konjugate hergestellt.Es wurde eine pulverförmige racemische Mischung aus PLA-D und PLA-L mit einem Molekulargewicht von 60 kDa verwendet.
Da PLA und ICG beide Säuren sind, muss zur Synthese von PLA-ICG-Konjugaten zunächst ein Amino-terminierter Spacer auf PLA synthetisiert werden, der die Chemisorption von ICG an den Spacer unterstützt.Der Spacer wurde unter Verwendung der Ethylendiamin- (EDA) Carbodiimid-Methode und des wasserlöslichen Carbodiimids 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDAC) synthetisiert.Der PLA-EDA-Abstandshalter wird wie folgt synthetisiert.Fügen Sie einen 20-fachen molaren Überschuss an EDA und einen 20-fachen molaren Überschuss an EDAC zu 2 ml einer 0,1 g/ml PLA-Chloroformlösung hinzu.Die Synthese wurde in einem 15-ml-Polypropylen-Reagenzglas auf einem Schüttler bei einer Geschwindigkeit von 300 min-1 für 2 Stunden durchgeführt.Das Syntheseschema ist in Abbildung 1 dargestellt. Wiederholen Sie die Synthese mit einem 200-fachen Überschuss an Reagenzien, um das Syntheseschema zu optimieren.
Am Ende der Synthese wurde die Lösung 5 Minuten lang bei einer Geschwindigkeit von 3000 min-1 zentrifugiert, um überschüssige ausgefällte Polyethylenderivate zu entfernen.Dann wurden 2 ml einer 0,5 mg/ml ICG-Lösung in Dimethylsulfoxid (DMSO) zu den 2 ml Lösung gegeben.Der Rührer wird 2 Stunden lang auf eine Rührgeschwindigkeit von 300 min-1 eingestellt.Das schematische Diagramm des erhaltenen Konjugats ist in Abbildung 2 dargestellt.
Zu 200 mg MNP fügten wir 4 ml PLA-EDA-ICG-Konjugat hinzu.Verwenden Sie einen LS-220-Schüttler (LOIP, Russland), um die Suspension 30 Minuten lang mit einer Frequenz von 300 min-1 zu rühren.Anschließend wurde es dreimal mit Isopropanol gewaschen und einer magnetischen Trennung unterzogen.Verwenden Sie den Ultraschalldispergierer UZD-2 (FSUE NII TVCH, Russland), um der Suspension 5–10 Minuten lang unter kontinuierlicher Ultraschalleinwirkung IPA hinzuzufügen.Nach dem dritten IPA-Waschvorgang wurde der Niederschlag mit destilliertem Wasser gewaschen und in physiologischer Kochsalzlösung mit einer Konzentration von 2 mg/ml resuspendiert.
Das ZetaSizer Ultra-Gerät (Malvern Instruments, UK) wurde verwendet, um die Größenverteilung des erhaltenen MNP in der wässrigen Lösung zu untersuchen.Zur Untersuchung der Form und Größe des MNP wurde ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) mit einer JEM-1400 STEM-Feldemissionskathode (JEOL, Japan) verwendet.
In dieser Studie verwenden wir zylindrische Permanentmagnete (Klasse N35; mit Nickelschutzbeschichtung) und den folgenden Standardgrößen (Länge der Längsachse × Zylinderdurchmesser): 0,5×2 mm, 2×2 mm, 3×2 mm und 5×2 mm.
Die In-vitro-Untersuchung des MNP-Transports im Modellsystem wurde auf einem hydrodynamischen Gerüst durchgeführt, das vom Institut für experimentelle Medizin des staatlichen medizinischen Forschungszentrums Almazov des russischen Gesundheitsministeriums entwickelt wurde.Das Volumen der zirkulierenden Flüssigkeit (destilliertes Wasser oder Krebs-Henseleit-Lösung) beträgt 225 ml.Als Permanentmagnete werden axial magnetisierte Zylindermagnete verwendet.Platzieren Sie den Magneten auf einer Halterung 1,5 mm von der Innenwand des zentralen Glasrohrs entfernt, wobei das Ende in Richtung des Rohrs (vertikal) zeigt.Die Flüssigkeitsdurchflussrate im geschlossenen Kreislauf beträgt 60 l/h (entsprechend einer linearen Geschwindigkeit von 0,225 m/s).Krebs-Henseleit-Lösung wird als zirkulierende Flüssigkeit verwendet, da es sich um ein Plasmaanalogon handelt.Der dynamische Viskositätskoeffizient von Plasma beträgt 1,1–1,3 mPa∙s.9 Die im Magnetfeld adsorbierte Menge an MNP wird spektrophotometrisch aus der Eisenkonzentration in der zirkulierenden Flüssigkeit nach dem Experiment bestimmt.
Darüber hinaus wurden experimentelle Studien an einer verbesserten Strömungsmechanik-Tabelle durchgeführt, um die relative Permeabilität von Blutgefäßen zu bestimmen.Die Hauptkomponenten der hydrodynamischen Unterstützung sind in Abbildung 3 dargestellt. Die Hauptkomponenten des hydrodynamischen Stents sind ein geschlossener Kreislauf, der den Querschnitt des Modellgefäßsystems simuliert, und ein Speichertank.Die Bewegung der Modellflüssigkeit entlang der Kontur des Blutgefäßmoduls erfolgt durch eine peristaltische Pumpe.Halten Sie während des Experiments den Verdampfungs- und erforderlichen Temperaturbereich ein und überwachen Sie die Systemparameter (Temperatur, Druck, Flüssigkeitsdurchfluss und pH-Wert).
Abbildung 3 Blockdiagramm des Aufbaus zur Untersuchung der Durchlässigkeit der Wand der Halsschlagader.1-Speichertank, 2-peristaltische Pumpe, 3-Mechanismus zum Einbringen einer MNP-haltigen Suspension in den Kreislauf, 4-Durchflussmesser, 5-Drucksensor im Kreislauf, 6-Wärmetauscher, 7-Kammer mit Behälter, 8-die Quelle des Magnetfeldes, 9-der Ballon mit Kohlenwasserstoffen.
Die den Behälter enthaltende Kammer besteht aus drei Behältern: einem äußeren großen Behälter und zwei kleinen Behältern, durch die die Arme des zentralen Kreislaufs verlaufen.Die Kanüle wird in den kleinen Behälter eingeführt, der Behälter wird an dem kleinen Behälter befestigt und die Spitze der Kanüle wird mit einem dünnen Draht festgebunden.Der Raum zwischen dem großen Behälter und dem kleinen Behälter ist mit destilliertem Wasser gefüllt, die Temperatur bleibt durch den Anschluss an den Wärmetauscher konstant.Der Raum im kleinen Behälter wird mit Krebs-Henseleit-Lösung gefüllt, um die Lebensfähigkeit der Blutgefäßzellen aufrechtzuerhalten.Der Tank ist außerdem mit Krebs-Henseleit-Lösung gefüllt.Das Gasversorgungssystem (Kohlenstoff) wird verwendet, um die Lösung im kleinen Behälter im Lagertank und in der Kammer mit dem Behälter zu verdampfen (Abbildung 4).
Abbildung 4 Die Kammer, in der der Behälter platziert ist.1-Kanüle zum Absenken von Blutgefäßen, 2-Außenkammer, 3-Kleine Kammer.Der Pfeil zeigt die Richtung der Modellflüssigkeit an.
Zur Bestimmung des relativen Permeabilitätsindex der Gefäßwand wurde die Halsschlagader der Ratte verwendet.
Die Einführung der MNP-Suspension (0,5 ml) in das System hat die folgenden Eigenschaften: Das gesamte Innenvolumen des Tanks und des Verbindungsrohrs im Kreislauf beträgt 20 ml und das Innenvolumen jeder Kammer beträgt 120 ml.Die externe Magnetfeldquelle ist ein Permanentmagnet mit einer Standardgröße von 2×3 mm.Es wird über einer der kleinen Kammern, 1 cm vom Behälter entfernt, installiert, wobei ein Ende zur Behälterwand zeigt.Die Temperatur wird auf 37°C gehalten.Die Leistung der Rollenpumpe ist auf 50 % eingestellt, was einer Geschwindigkeit von 17 cm/s entspricht.Zur Kontrolle wurden Proben in einer Zelle ohne Permanentmagnete entnommen.
Eine Stunde nach der Verabreichung einer bestimmten MNP-Konzentration wurde eine Flüssigkeitsprobe aus der Kammer entnommen.Die Partikelkonzentration wurde mit einem Spektrophotometer unter Verwendung des Unico 2802S UV-Vis-Spektrophotometers (United Products & Instruments, USA) gemessen.Unter Berücksichtigung des Absorptionsspektrums der MNP-Suspension wurde die Messung bei 450 nm durchgeführt.
Gemäß den Rus-LASA-FELASA-Richtlinien werden alle Tiere in spezifischen pathogenfreien Einrichtungen aufgezogen und aufgezogen.Diese Studie entspricht allen relevanten ethischen Vorschriften für Tierversuche und Forschung und hat die ethische Genehmigung des Almazov National Medical Research Center (IACUC) erhalten.Die Tiere tranken Wasser nach Belieben und fütterten regelmäßig.
Die Studie wurde an 10 anästhesierten 12 Wochen alten männlichen immundefizienten NSG-Mäusen (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/Szj, Jackson Laboratory, USA) 10 mit einem Gewicht von 22 g ± 10 % durchgeführt.Da die Immunität von Mäusen mit Immunschwäche unterdrückt ist, ermöglichen die Mäuse mit Immunschwäche dieser Linie die Transplantation menschlicher Zellen und Gewebe ohne Transplantatabstoßung.Die Wurfgeschwister aus verschiedenen Käfigen wurden nach dem Zufallsprinzip der Versuchsgruppe zugeordnet und gemeinsam gezüchtet oder systematisch der Einstreu anderer Gruppen ausgesetzt, um eine gleichmäßige Exposition gegenüber der gemeinsamen Mikrobiota sicherzustellen.
Die menschliche Krebszelllinie HeLa wird zur Etablierung eines Xenotransplantatmodells verwendet.Die Zellen wurden in DMEM mit Glutamin (PanEco, Russland), ergänzt mit 10 % fötalem Rinderserum (Hyclone, USA), 100 KBE/ml Penicillin und 100 μg/ml Streptomycin, kultiviert.Die Zelllinie wurde freundlicherweise vom Gene Expression Regulation Laboratory des Instituts für Zellforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften zur Verfügung gestellt.Vor der Injektion wurden HeLa-Zellen mit einer 1:1 Trypsin:Versene-Lösung (Biolot, Russland) aus dem Kulturplastik entfernt.Nach dem Waschen wurden die Zellen in Komplettmedium auf eine Konzentration von 5×106 Zellen pro 200 μL suspendiert und mit Basalmembranmatrix (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) verdünnt (1:1, auf Eis).Die vorbereitete Zellsuspension wurde subkutan in die Haut des Mäuseschenkels injiziert.Verwenden Sie elektronische Messschieber, um das Tumorwachstum alle 3 Tage zu überwachen.
Als der Tumor 500 mm3 erreichte, wurde ein Permanentmagnet in das Muskelgewebe des Versuchstiers in der Nähe des Tumors implantiert.In der Versuchsgruppe (MNPs-ICG + Tumor-M) wurden 0,1 ml MNP-Suspension injiziert und einem Magnetfeld ausgesetzt.Als Kontrollen (Hintergrund) wurden unbehandelte ganze Tiere verwendet.Darüber hinaus wurden Tiere verwendet, denen 0,1 ml MNP injiziert, aber keine Magnete implantiert worden waren (MNPs-ICG + Tumor-BM).
Die Fluoreszenzvisualisierung von In-vivo- und In-vitro-Proben wurde mit dem Bioimager IVIS Lumina LT Serie III (PerkinElmer Inc., USA) durchgeführt.Zur In-vitro-Visualisierung wurde ein Volumen von 1 ml synthetischem PLA-EDA-ICG- und MNP-PLA-EDA-ICG-Konjugat in die Plattenvertiefungen gegeben.Unter Berücksichtigung der Fluoreszenzeigenschaften des ICG-Farbstoffs wird der beste Filter zur Bestimmung der Lichtintensität der Probe ausgewählt: Die maximale Anregungswellenlänge beträgt 745 nm und die Emissionswellenlänge beträgt 815 nm.Die Software Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) wurde verwendet, um die Fluoreszenzintensität der Vertiefungen, die das Konjugat enthielten, quantitativ zu messen.
Die Fluoreszenzintensität und Akkumulation des MNP-PLA-EDA-ICG-Konjugats wurden in In-vivo-Tumormodellmäusen gemessen, ohne dass an der interessierenden Stelle ein Magnetfeld vorhanden war und angelegt wurde.Die Mäuse wurden mit Isofluran betäubt und dann wurden 0,1 ml MNP-PLA-EDA-ICG-Konjugat durch die Schwanzvene injiziert.Unbehandelte Mäuse wurden als Negativkontrolle verwendet, um einen fluoreszierenden Hintergrund zu erhalten.Nach der intravenösen Verabreichung des Konjugats stellen Sie das Tier auf einen Heiztisch (37 °C) in der Kammer des Fluoreszenzbildgebers IVIS Lumina LT Serie III (PerkinElmer Inc.) und halten dabei die Inhalation mit 2 % Isofluran-Anästhesie aufrecht.Verwenden Sie den integrierten Filter von ICG (745–815 nm) zur Signalerkennung 1 Minute und 15 Minuten nach der Einführung von MNP.
Um die Ansammlung von Konjugat im Tumor zu beurteilen, wurde der Peritonealbereich des Tieres mit Papier bedeckt, wodurch die helle Fluoreszenz, die mit der Ansammlung von Partikeln in der Leber verbunden war, eliminiert werden konnte.Nach der Untersuchung der Bioverteilung von MNP-PLA-EDA-ICG wurden die Tiere durch eine Überdosis Isoflurananästhesie auf humane Weise eingeschläfert, um anschließend die Tumorbereiche abzutrennen und die Fluoreszenzstrahlung quantitativ zu bewerten.Verwenden Sie die Software Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.), um die Signalanalyse aus dem ausgewählten Interessenbereich manuell zu verarbeiten.Für jedes Tier wurden drei Messungen durchgeführt (n = 9).
In dieser Studie haben wir die erfolgreiche Beladung von MNPs-ICG mit ICG nicht quantifiziert.Darüber hinaus haben wir die Retentionseffizienz von Nanopartikeln unter dem Einfluss von Permanentmagneten unterschiedlicher Form nicht verglichen.Darüber hinaus haben wir die Langzeitwirkung des Magnetfelds auf die Retention von Nanopartikeln im Tumorgewebe nicht bewertet.
Es dominieren Nanopartikel mit einer durchschnittlichen Größe von 195,4 nm.Darüber hinaus enthielt die Suspension Agglomerate mit einer durchschnittlichen Größe von 1176,0 nm (Abbildung 5A).Anschließend wurde der Anteil durch einen Zentrifugalfilter filtriert.Das Zetapotential der Partikel beträgt -15,69 mV (Abbildung 5B).
Abbildung 5 Die physikalischen Eigenschaften der Suspension: (A) Partikelgrößenverteilung;(B) Partikelverteilung beim Zetapotential;(C) TEM-Foto von Nanopartikeln.
Die Partikelgröße beträgt grundsätzlich 200 nm (Abbildung 5C) und besteht aus einem einzelnen MNP mit einer Größe von 20 nm und einer PLA-EDA-ICG-konjugierten organischen Hülle mit einer geringeren Elektronendichte.Die Bildung von Agglomeraten in wässrigen Lösungen kann durch den relativ geringen Modul der elektromotorischen Kraft einzelner Nanopartikel erklärt werden.
Wenn bei Permanentmagneten die Magnetisierung im Volumen V konzentriert ist, wird der Integralausdruck in zwei Integrale unterteilt, nämlich das Volumen und die Oberfläche:
Bei einer Probe mit konstanter Magnetisierung ist die Stromdichte Null.Dann nimmt der Ausdruck des magnetischen Induktionsvektors die folgende Form an:
Verwenden Sie das MATLAB-Programm (MathWorks, Inc., USA) für numerische Berechnungen, ETU „LETI“ akademische Lizenznummer 40502181.
Wie in Abbildung 7 Abbildung 8 Abbildung 9 Abbildung-10 dargestellt, wird das stärkste Magnetfeld von einem Magneten erzeugt, der axial vom Ende des Zylinders ausgerichtet ist.Der effektive Wirkungsradius entspricht der Geometrie des Magneten.Bei Zylindermagneten mit einem Zylinder, dessen Länge größer als sein Durchmesser ist, wird das stärkste Magnetfeld in Axial-Radial-Richtung beobachtet (für die entsprechende Komponente);Daher ist die MNP-Adsorption mit einem Zylinderpaar mit einem größeren Seitenverhältnis (Durchmesser und Länge) am effektivsten.
Abb. 7 Die Komponente der magnetischen Induktionsintensität Bz entlang der Oz-Achse des Magneten;Die Standardgröße des Magneten: schwarze Linie 0,5 × 2 mm, blaue Linie 2 × 2 mm, grüne Linie 3 × 2 mm, rote Linie 5 × 2 mm.
Abbildung 8 Die magnetische Induktionskomponente Br steht senkrecht zur Magnetachse Oz;Die Standardgröße des Magneten: schwarze Linie 0,5 × 2 mm, blaue Linie 2 × 2 mm, grüne Linie 3 × 2 mm, rote Linie 5 × 2 mm.
Abbildung 9: Die Bz-Komponente der magnetischen Induktionsintensität im Abstand r von der Endachse des Magneten (z=0);Die Standardgröße des Magneten: schwarze Linie 0,5 × 2 mm, blaue Linie 2 × 2 mm, grüne Linie 3 × 2 mm, rote Linie 5 × 2 mm.
Abbildung 10 Magnetische Induktionskomponente entlang der radialen Richtung;Standardmagnetgröße: schwarze Linie 0,5×2 mm, blaue Linie 2×2 mm, grüne Linie 3×2 mm, rote Linie 5×2 mm.
Spezielle hydrodynamische Modelle können verwendet werden, um die Methode der MNP-Abgabe an Tumorgewebe zu untersuchen, Nanopartikel im Zielbereich zu konzentrieren und das Verhalten von Nanopartikeln unter hydrodynamischen Bedingungen im Kreislaufsystem zu bestimmen.Als äußere Magnetfelder können Permanentmagnete eingesetzt werden.Wenn wir die magnetostatische Wechselwirkung zwischen den Nanopartikeln ignorieren und das magnetische Flüssigkeitsmodell nicht berücksichtigen, reicht es aus, die Wechselwirkung zwischen dem Magneten und einem einzelnen Nanopartikel mit einer Dipol-Dipol-Näherung abzuschätzen.
Dabei ist m das magnetische Moment des Magneten, r der Radiusvektor des Punktes, an dem sich das Nanopartikel befindet, und k der Systemfaktor.In der Dipolnäherung hat das Feld des Magneten eine ähnliche Konfiguration (Abbildung 11).
In einem gleichmäßigen Magnetfeld rotieren die Nanopartikel nur entlang der Kraftlinien.In einem ungleichmäßigen Magnetfeld wirkt auf es eine Kraft:
Wo ist die Ableitung einer gegebenen Richtung l?Darüber hinaus zieht die Kraft die Nanopartikel in die unebenesten Bereiche des Feldes, das heißt, die Krümmung und Dichte der Kraftlinien nehmen zu.
Daher ist es wünschenswert, einen ausreichend starken Magneten (oder eine Magnetkette) mit offensichtlicher axialer Anisotropie in dem Bereich zu verwenden, in dem sich die Partikel befinden.
Tabelle 1 zeigt die Fähigkeit eines einzelnen Magneten als ausreichende Magnetfeldquelle, MNP im Gefäßbett des Anwendungsfeldes einzufangen und zurückzuhalten.