Tarayıcınızda JavaScript şu anda devre dışı bırakılmış durumda. JavaScript devre dışı bırakıldığında, bu web sitesinin bazı işlevleri çalışmayacaktır.
Kişisel bilgilerinizi ve ilgilendiğiniz ilaçları kaydedin; biz de verdiğiniz bilgileri kapsamlı veri tabanımızdaki makalelerle eşleştirip size en kısa sürede e-posta yoluyla PDF kopyasını göndereceğiz.
Sitostatiklerin hedeflenmiş dağıtımı için manyetik demir oksit nanopartiküllerinin hareketinin kontrolü
Yazar 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 Ulusal Tıp Araştırma Merkezi, Rusya Federasyonu Sağlık Bakanlığı, St. Petersburg, 197341, Rusya Federasyonu; 2 St. Petersburg Elektroteknik Üniversitesi “LETI”, St. Petersburg, 197376, Rusya Federasyonu; 3 Kişiselleştirilmiş Tıp Merkezi, Almazov Devlet Tıp Araştırma Merkezi, Rusya Federasyonu Sağlık Bakanlığı, St. Petersburg, 197341, Rusya Federasyonu; 4FSBI “AA Smorodintsev Adına İnfluenza Araştırma Enstitüsü”, Rusya Federasyonu Sağlık Bakanlığı, St. Petersburg, Rusya Federasyonu; 5 Sechenov Evrimsel Fizyoloji ve Biyokimya Enstitüsü, Rusya Bilimler Akademisi, St. Petersburg, Rusya Federasyonu; 6 RAS Sitogenetik Enstitüsü, St. Petersburg, 194064, Rusya Federasyonu; 7INSERM U1231, Tıp ve Eczacılık Fakültesi, Bourgogne-Franche Comté Üniversitesi, Dijon, Fransa İletişim: Yana Toropova Almazov Ulusal Tıbbi Araştırma Merkezi, Rusya Federasyonu Sağlık Bakanlığı, Saint-Petersburg, 197341, Rusya Federasyonu Tel +7 981 95264800 4997069 E-posta [email protected] Arka plan: Sitostatik toksisite sorununa umut vadeden bir yaklaşım, hedeflenmiş ilaç dağıtımı için manyetik nanopartiküllerin (MNP) kullanılmasıdır. Amaç: Hesaplamalar kullanarak, in vivo olarak MNP'leri kontrol eden manyetik alanın en iyi özelliklerini belirlemek ve in vitro ve in vivo olarak fare tümörlerine MNP'lerin magnetron dağıtımının etkinliğini değerlendirmek. (MNPs-ICG) kullanılmıştır. Tümörlü farelerde, ilgi duyulan bölgede manyetik alan varken ve yokken, in vivo lüminesans yoğunluğu çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar, Rusya Sağlık Bakanlığı Almazov Devlet Tıp Araştırma Merkezi Deneysel Tıp Enstitüsü tarafından geliştirilen hidrodinamik bir iskele üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sonuç: Neodim mıknatısların kullanımı, MNP'nin seçici birikimini teşvik etmiştir. Tümörlü farelere MNPs-ICG uygulandıktan bir dakika sonra, MNPs-ICG esas olarak karaciğerde birikmiştir. Manyetik alanın yokluğunda ve varlığında, bu durum metabolik yolunu göstermektedir. Manyetik alanın varlığında tümörde floresan artışı gözlemlenmesine rağmen, hayvanın karaciğerindeki floresans yoğunluğu zaman içinde değişmemiştir. Sonuç: Bu tip MNP, hesaplanan manyetik alan gücüyle birleştirildiğinde, sitostatik ilaçların tümör dokularına manyetik olarak kontrol edilen dağıtımının geliştirilmesi için temel oluşturabilir. Anahtar kelimeler: floresans analizi, indosiyanin, demir oksit nanopartiküller, sitostatiklerin magnetron dağıtımı, tümör hedefleme
Tümör hastalıkları dünya çapında başlıca ölüm nedenlerinden biridir. Aynı zamanda, tümör hastalıklarının morbidite ve mortalitesinde artış dinamikleri hala mevcuttur.¹ Günümüzde kullanılan kemoterapi, çeşitli tümörler için hala başlıca tedavi yöntemlerinden biridir. Bununla birlikte, sitostatiklerin sistemik toksisitesini azaltma yöntemlerinin geliştirilmesi hala önem taşımaktadır. Toksisite sorununu çözmek için umut vadeden bir yöntem, ilaçların sağlıklı organ ve dokulardaki birikimini artırmadan tümör dokularında lokal olarak birikmesini sağlayabilen nano ölçekli taşıyıcılar kullanarak hedefli ilaç dağıtım yöntemlerini kullanmaktır.² Bu yöntem, kemoterapötik ilaçların tümör dokularındaki etkinliğini ve hedeflemesini iyileştirirken, sistemik toksisitesini azaltmayı mümkün kılar.
Sitostatik ajanların hedeflenmiş dağıtımı için düşünülen çeşitli nanopartiküller arasında, manyetik nanopartiküller (MNP'ler), benzersiz kimyasal, biyolojik ve manyetik özellikleri nedeniyle özellikle ilgi çekicidir ve bu özellikler çok yönlülüklerini sağlar. Bu nedenle, manyetik nanopartiküller, hipertermi (manyetik hipertermi) ile tümörleri tedavi etmek için bir ısıtma sistemi olarak kullanılabilir. Ayrıca tanı ajanları olarak da kullanılabilirler (manyetik rezonans tanı). 3-5 Bu özellikler, harici bir manyetik alan kullanılarak belirli bir alanda MNP birikimi olasılığıyla birleştirildiğinde, hedeflenmiş farmasötik preparatların dağıtımı, sitostatikleri tümör bölgesine hedeflemek için çok fonksiyonlu bir magnetron sisteminin oluşturulmasını mümkün kılar. Böyle bir sistem, MNP'leri ve vücuttaki hareketlerini kontrol etmek için manyetik alanları içerecektir. Bu durumda, hem harici manyetik alanlar hem de tümörü içeren vücut bölgesine yerleştirilen manyetik implantlar manyetik alan kaynağı olarak kullanılabilir. 6 İlk yöntemin, ilaçların manyetik olarak hedeflenmesi için özel ekipman kullanılması ve cerrahiyi gerçekleştirmek için personel eğitilmesi gerekliliği de dahil olmak üzere ciddi dezavantajları vardır. Ayrıca, bu yöntem yüksek maliyetle sınırlıdır ve yalnızca vücut yüzeyine yakın "yüzeyel" tümörler için uygundur. Manyetik implantların kullanılmasına yönelik alternatif yöntem, bu teknolojinin uygulama alanını genişleterek vücudun farklı bölgelerinde bulunan tümörlerde kullanımını kolaylaştırır. Hem tek tek mıknatıslar hem de intraluminal stentlere entegre edilmiş mıknatıslar, içi boş organlardaki tümör hasarına yönelik implantlar olarak kullanılabilir ve bu organların açıklığını sağlar. Bununla birlikte, kendi yayınlanmamış araştırmamıza göre, bunlar kan dolaşımından MNP'nin tutulmasını sağlamak için yeterince manyetik değildir.
Manyetik ilaç dağıtımının etkinliği birçok faktöre bağlıdır: manyetik taşıyıcının özellikleri ve manyetik alan kaynağının özellikleri (kalıcı mıknatısların geometrik parametreleri ve ürettikleri manyetik alanın gücü dahil). Başarılı manyetik yönlendirmeli hücre inhibitörü dağıtım teknolojisinin geliştirilmesi, uygun manyetik nano ölçekli ilaç taşıyıcılarının geliştirilmesini, güvenliklerinin değerlendirilmesini ve vücuttaki hareketlerini izlemeye olanak tanıyan bir görselleştirme protokolünün geliştirilmesini içermelidir.
Bu çalışmada, vücutta manyetik nano ölçekli ilaç taşıyıcısını kontrol etmek için en uygun manyetik alan özelliklerini matematiksel olarak hesapladık. Bu hesaplamalı özelliklerle uygulanan manyetik alanın etkisi altında MNP'lerin kan damarı duvarından geçme olasılığı, izole edilmiş sıçan kan damarlarında da incelendi. Ayrıca, MNP'ler ve floresan ajanların konjugatlarını sentezledik ve bunların in vivo olarak görselleştirilmesi için bir protokol geliştirdik. İn vivo koşullar altında, tümör modeli farelerde, manyetik alanın etkisi altında sistemik olarak uygulanan MNP'lerin tümör dokularındaki birikim verimliliği incelendi.
İn vitro çalışmada referans MNP'yi, in vivo çalışmada ise floresan madde (indolsiyanin; ICG) içeren laktik asit polyester (polilaktik asit, PLA) ile kaplanmış MNP'yi kullandık. MNP-ICG, bu durumda (MNP-PLA-EDA-ICG) olarak adlandırılır.
MNP'nin sentezi ve fiziksel ve kimyasal özellikleri başka yerlerde ayrıntılı olarak açıklanmıştır. 7,8
MNPs-ICG'yi sentezlemek için öncelikle PLA-ICG konjugatları üretildi. Moleküler ağırlığı 60 kDa olan PLA-D ve PLA-L'nin toz halindeki rasemik karışımı kullanıldı.
PLA ve ICG'nin her ikisi de asit olduğundan, PLA-ICG konjugatlarını sentezlemek için öncelikle PLA üzerinde amino uçlu bir ara parça sentezlenmesi gerekir; bu ara parça, ICG'nin ara parçaya kimyasal olarak bağlanmasına yardımcı olur. Ara parça, etilen diamin (EDA), karbodiimid yöntemi ve suda çözünebilen karbodiimid olan 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) karbodiimid (EDAC) kullanılarak sentezlendi. PLA-EDA ara parçası aşağıdaki şekilde sentezlenir: 2 mL 0,1 g/mL PLA kloroform çözeltisine 20 kat molar fazlalıkta EDA ve 20 kat molar fazlalıkta EDAC eklenir. Sentez, 15 mL'lik bir polipropilen test tüpünde, 2 saat boyunca 300 min-1 hızında bir çalkalayıcıda gerçekleştirilir. Sentez şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Sentez şemasını optimize etmek için reaktiflerin 200 kat fazlalığı ile sentez tekrarlanır.
Sentezin sonunda, çökelen fazla polietilen türevlerini uzaklaştırmak için çözelti 5 dakika boyunca 3000 dev/dak hızında santrifüjlendi. Daha sonra, 2 mL çözeltiye dimetil sülfoksit (DMSO) içinde 0,5 mg/mL'lik bir ICG çözeltisinden 2 mL eklendi. Karıştırıcı, 2 saat boyunca 300 dev/dak karıştırma hızında sabitlendi. Elde edilen konjugatın şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmiştir.
200 mg MNP'ye 4 mL PLA-EDA-ICG konjugatı ekledik. Süspansiyonu 30 dakika boyunca 300 min-1 frekansta karıştırmak için LS-220 çalkalayıcı (LOIP, Rusya) kullandık. Daha sonra üç kez izopropanol ile yıkadık ve manyetik ayırmaya tabi tuttuk. Süspansiyona sürekli ultrasonik etki altında 5-10 dakika boyunca IPA eklemek için UZD-2 Ultrasonik Dağıtıcı (FSUE NII TVCH, Rusya) kullandık. Üçüncü IPA yıkamasından sonra, çökelti damıtılmış su ile yıkandı ve 2 mg/mL konsantrasyonunda fizyolojik salin içinde yeniden süspansiyon haline getirildi.
Elde edilen MNP'lerin sulu çözeltideki boyut dağılımını incelemek için ZetaSizer Ultra ekipmanı (Malvern Instruments, İngiltere) kullanıldı. MNP'lerin şeklini ve boyutunu incelemek için ise JEM-1400 STEM alan emisyon katotlu bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) (JEOL, Japonya) kullanıldı.
Bu çalışmada, silindirik kalıcı mıknatıslar (N35 sınıfı; nikel koruyucu kaplamalı) ve aşağıdaki standart boyutlar (uzun eksen uzunluğu × silindir çapı) kullanılmıştır: 0,5×2 mm, 2×2 mm, 3×2 mm ve 5×2 mm.
Model sistemde MNP taşınmasının in vitro çalışması, Rusya Sağlık Bakanlığı Almazov Devlet Tıp Araştırma Merkezi Deneysel Tıp Enstitüsü tarafından geliştirilen hidrodinamik bir iskele üzerinde gerçekleştirilmiştir. Dolaşımdaki sıvının hacmi (damıtılmış su veya Krebs-Henseleit çözeltisi) 225 mL'dir. Kalıcı mıknatıs olarak eksenel olarak mıknatıslanmış silindirik mıknatıslar kullanılmıştır. Mıknatıs, ucu tüpün yönüne (dikey) bakacak şekilde, merkezi cam tüpün iç duvarından 1,5 mm uzakta bir tutucuya yerleştirilmiştir. Kapalı döngüdeki sıvı akış hızı 60 L/saat'tir (0,225 m/s'lik doğrusal hıza karşılık gelir). Krebs-Henseleit çözeltisi, plazmanın bir analoğu olduğu için dolaşım sıvısı olarak kullanılmıştır. Plazmanın dinamik viskozite katsayısı 1,1–1,3 mPa∙s'dir. 9 Deney sonrasında dolaşımdaki sıvıda bulunan demir konsantrasyonundan spektrofotometri yöntemiyle manyetik alanda adsorbe edilen MNP miktarı belirlenir.
Ek olarak, kan damarlarının bağıl geçirgenliğini belirlemek için geliştirilmiş bir akışkan mekaniği tablası üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Hidrodinamik desteğin ana bileşenleri Şekil 3'te gösterilmiştir. Hidrodinamik stent'in ana bileşenleri, model vasküler sistemin kesitini simüle eden kapalı bir döngü ve bir depolama tankıdır. Model sıvının kan damarı modülünün konturu boyunca hareketi, peristaltik bir pompa tarafından sağlanır. Deney sırasında, buharlaşma ve gerekli sıcaklık aralığı korunur ve sistem parametreleri (sıcaklık, basınç, sıvı akış hızı ve pH değeri) izlenir.
Şekil 3. Karotis arter duvarının geçirgenliğini incelemek için kullanılan düzeneğin blok diyagramı. 1-depolama tankı, 2-peristaltik pompa, 3-MNP içeren süspansiyonu döngüye sokma mekanizması, 4-akış ölçer, 5-döngüdeki basınç sensörü, 6-ısı eşanjörü, 7-kaplı hazne, 8-manyetik alan kaynağı, 9-hidrokarbonlu balon.
Konteyneri içeren hazne üç kaptan oluşur: dışta büyük bir kap ve merkezi devrenin kollarının geçtiği iki küçük kap. Kanül küçük kaba yerleştirilir, kap küçük kabın üzerine gerilir ve kanülün ucu ince bir telle sıkıca bağlanır. Büyük kap ile küçük kap arasındaki boşluk damıtılmış su ile doldurulur ve ısı eşanjörüne bağlantı sayesinde sıcaklık sabit kalır. Küçük kaptaki boşluk, kan damarı hücrelerinin canlılığını korumak için Krebs-Henseleit çözeltisi ile doldurulur. Tank da Krebs-Henseleit çözeltisi ile doldurulur. Gaz (karbon) besleme sistemi, depolama tankındaki ve konteyneri içeren haznedeki küçük kaptaki çözeltiyi buharlaştırmak için kullanılır (Şekil 4).
Şekil 4. Kabın yerleştirildiği bölme. 1-Kan damarlarını indirmek için kullanılan kanül, 2-Dış bölme, 3-Küçük bölme. Ok, model sıvının yönünü göstermektedir.
Damar duvarının nispi geçirgenlik indeksini belirlemek için sıçan karotis arteri kullanıldı.
Sisteme 0,5 mL MNP süspansiyonunun eklenmesi aşağıdaki özelliklere sahiptir: döngüdeki tank ve bağlantı borusunun toplam iç hacmi 20 mL, her bir bölmenin iç hacmi ise 120 mL'dir. Dış manyetik alan kaynağı, standart 2×3 mm boyutunda kalıcı bir mıknatıstır. Bu mıknatıs, küçük bölmelerden birinin üzerine, kaptan 1 cm uzakta ve bir ucu kabın duvarına bakacak şekilde yerleştirilmiştir. Sıcaklık 37°C'de tutulmuştur. Makaralı pompanın gücü %50'ye ayarlanmış olup, bu da 17 cm/s hıza karşılık gelmektedir. Kontrol amacıyla, kalıcı mıknatıs bulunmayan bir hücrede de örnekler alınmıştır.
Belirli bir konsantrasyonda MNP uygulandıktan bir saat sonra, hazneden sıvı bir örnek alındı. Parçacık konsantrasyonu, Unico 2802S UV-Vis spektrofotometre (United Products & Instruments, ABD) kullanılarak bir spektrofotometre ile ölçüldü. MNP süspansiyonunun absorbsiyon spektrumu dikkate alınarak, ölçüm 450 nm'de gerçekleştirildi.
Rus-LASA-FELASA yönergelerine göre, tüm hayvanlar belirli patojenlerden arındırılmış tesislerde yetiştirilmiştir. Bu çalışma, hayvan deneyleri ve araştırmaları için geçerli tüm etik düzenlemelere uygundur ve Almazov Ulusal Tıp Araştırma Merkezi'nden (IACUC) etik onay almıştır. Hayvanlar sınırsız miktarda su içmiş ve düzenli olarak beslenmiştir.
Çalışma, 22 g ± %10 ağırlığında, anestezi uygulanmış 12 haftalık 10 erkek immün yetmezlikli NSG faresi (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/Szj, Jackson Laboratory, ABD) üzerinde gerçekleştirildi. İmmün yetmezlikli farelerin bağışıklığı baskılandığı için, bu fare hattındaki immün yetmezlikli fareler, nakil reddi olmaksızın insan hücre ve dokularının nakline olanak tanır. Farklı kafeslerden gelen kardeş fareler rastgele deney grubuna atandı ve ortak mikrobiyotaya eşit maruz kalmayı sağlamak için birlikte çiftleştirildiler veya sistematik olarak diğer grupların altlıklarına maruz bırakıldılar.
HeLa insan kanser hücresi hattı, ksenogreft modeli oluşturmak için kullanıldı. Hücreler, %10 fetal sığır serumu (Hyclone, ABD), 100 CFU/mL penisilin ve 100 μg/mL streptomisin ile desteklenmiş glutamin (PanEco, Rusya) içeren DMEM'de kültüre edildi. Hücre hattı, Rusya Bilimler Akademisi Hücre Araştırma Enstitüsü Gen İfadesi Düzenleme Laboratuvarı tarafından nazikçe sağlandı. Enjeksiyondan önce, HeLa hücreleri 1:1 tripsin:Versene çözeltisi (Biolot, Rusya) ile kültür plastiğinden uzaklaştırıldı. Yıkamadan sonra, hücreler 200 μL başına 5×10⁶ hücre konsantrasyonuna kadar tam besiyerinde süspansiyon haline getirildi ve bazal membran matriksi (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) ile (1:1, buz üzerinde) seyreltildi. Hazırlanan hücre süspansiyonu, fare uyluğunun derisine subkutan olarak enjekte edildi. Tümör büyümesi her 3 günde bir elektronik kumpas kullanılarak izlendi.
Tümör 500 mm³'e ulaştığında, deney hayvanının kas dokusuna tümörün yakınına kalıcı bir mıknatıs yerleştirildi. Deney grubunda (MNPs-ICG + tümör-M), 0,1 mL MNP süspansiyonu enjekte edildi ve manyetik alana maruz bırakıldı. Tedavi edilmemiş bütün hayvanlar kontrol grubu (arka plan) olarak kullanıldı. Ayrıca, 0,1 mL MNP enjekte edilen ancak mıknatıs yerleştirilmeyen hayvanlar (MNPs-ICG + tümör-BM) da kullanıldı.
İn vivo ve in vitro örneklerin floresans görüntülemesi, IVIS Lumina LT serisi III biyogörüntüleme cihazı (PerkinElmer Inc., ABD) üzerinde gerçekleştirildi. İn vitro görüntüleme için, plaka kuyucuklarına 1 mL sentetik PLA-EDA-ICG ve MNP-PLA-EDA-ICG konjugatı eklendi. ICG boyasının floresans özelliklerini dikkate alarak, örneğin ışık yoğunluğunu belirlemek için kullanılan en iyi filtre seçildi: maksimum uyarı dalga boyu 745 nm ve emisyon dalga boyu 815 nm'dir. Konjugatı içeren kuyucukların floresans yoğunluğunu nicel olarak ölçmek için Living Image 4.5.5 yazılımı (PerkinElmer Inc.) kullanıldı.
MNP-PLA-EDA-ICG konjugatının floresans yoğunluğu ve birikimi, ilgi duyulan bölgede manyetik alan bulunmadan ve uygulanmadan, in vivo tümör modeli farelerde ölçüldü. Fareler izofluran ile anestezi altına alındı ​​ve ardından kuyruk veninden 0,1 mL MNP-PLA-EDA-ICG konjugatı enjekte edildi. Floresan bir arka plan elde etmek için tedavi edilmemiş fareler negatif kontrol olarak kullanıldı. Konjugat intravenöz olarak uygulandıktan sonra, hayvan, %2 izofluran anestezisi ile inhalasyon sürdürülürken, IVIS Lumina LT serisi III floresans görüntüleme cihazının (PerkinElmer Inc.) haznesindeki bir ısıtma tablasına (37°C) yerleştirildi. MNP'nin verilmesinden 1 dakika ve 15 dakika sonra sinyal tespiti için ICG'nin yerleşik filtresi (745–815 nm) kullanıldı.
Tümördeki konjugat birikimini değerlendirmek için, hayvanın periton bölgesi kağıtla kapatıldı; bu sayede karaciğerdeki partikül birikimiyle ilişkili parlak floresans ortadan kaldırıldı. MNP-PLA-EDA-ICG'nin biyodağılımını inceledikten sonra, tümör alanlarının ayrılması ve floresans radyasyonunun nicel değerlendirmesi için hayvanlar izofluran anestezisi ile insancıl bir şekilde ötenazi edildi. Seçilen ilgi bölgesinden gelen sinyal analizini manuel olarak işlemek için Living Image 4.5.5 yazılımı (PerkinElmer Inc.) kullanıldı. Her hayvan için üç ölçüm alındı ​​(n = 9).
Bu çalışmada, ICG'nin MNPs-ICG üzerine başarılı bir şekilde yüklenmesini nicel olarak değerlendirmedik. Ayrıca, farklı şekillerdeki kalıcı mıknatısların etkisi altında nanopartiküllerin tutunma verimliliğini karşılaştırmadık. Ek olarak, manyetik alanın tümör dokularındaki nanopartiküllerin tutunması üzerindeki uzun vadeli etkisini değerlendirmedik.
Ortalama boyutu 195,4 nm olan nanopartiküller baskın durumdadır. Ek olarak, süspansiyon ortalama boyutu 1176,0 nm olan topaklar içermektedir (Şekil 5A). Daha sonra, kısım santrifüj filtreden geçirildi. Parçacıkların zeta potansiyeli -15,69 mV'dir (Şekil 5B).
Şekil 5 Süspansiyonun fiziksel özellikleri: (A) parçacık boyutu dağılımı; (B) zeta potansiyelinde parçacık dağılımı; (C) nanoparçacıkların TEM fotoğrafı.
Parçacık boyutu temelde 200 nm'dir (Şekil 5C), 20 nm boyutunda tek bir MNP'den ve daha düşük elektron yoğunluğuna sahip PLA-EDA-ICG konjuge organik kabuktan oluşur. Sulu çözeltilerde kümelenmelerin oluşumu, tek tek nanoparçacıkların elektromotor kuvvetinin nispeten düşük modülü ile açıklanabilir.
Kalıcı mıknatıslar için, mıknatıslanma V hacminde yoğunlaştığında, integral ifadesi iki integrale ayrılır; bunlar hacim ve yüzey integralleridir:
Sabit manyetizasyona sahip bir numune durumunda, akım yoğunluğu sıfırdır. Bu durumda, manyetik indüksiyon vektörünün ifadesi aşağıdaki formu alacaktır:
Sayısal hesaplamalar için MATLAB programını (MathWorks, Inc., ABD) kullanın, ETU “LETI” akademik lisans numarası 40502181.
Şekil 7, Şekil 8, Şekil 9 ve Şekil 10'da gösterildiği gibi, en güçlü manyetik alan, silindirin ucundan eksenel olarak yönlendirilmiş bir mıknatıs tarafından üretilir. Etkin etki yarıçapı, mıknatısın geometrisine eşdeğerdir. Uzunluğu çapından daha büyük olan silindirik mıknatıslarda, en güçlü manyetik alan eksenel-radyal yönde (ilgili bileşen için) gözlemlenir; bu nedenle, daha büyük en boy oranına (çap ve uzunluk) sahip bir çift silindir, MNP adsorpsiyonu için en etkilidir.
Şekil 7. Mıknatısın Oz ekseni boyunca manyetik indüksiyon şiddeti Bz bileşeni; standart mıknatıs boyutları: siyah çizgi 0,5×2 mm, mavi çizgi 2×2 mm, yeşil çizgi 3×2 mm, kırmızı çizgi 5×2 mm.
Şekil 8. Manyetik indüksiyon bileşeni Br, mıknatıs ekseni Oz'ye diktir; mıknatısın standart boyutları: siyah çizgi 0,5×2 mm, mavi çizgi 2×2 mm, yeşil çizgi 3×2 mm, kırmızı çizgi 5×2 mm.
Şekil 9. Mıknatısın uç ekseninden (z=0) r mesafesindeki manyetik indüksiyon şiddeti Bz bileşeni; standart mıknatıs boyutları: siyah çizgi 0,5×2 mm, mavi çizgi 2×2 mm, yeşil çizgi 3×2 mm, kırmızı çizgi 5×2 mm.
Şekil 10. Radyal doğrultu boyunca manyetik indüksiyon bileşeni; standart mıknatıs boyutu: siyah çizgi 0,5×2 mm, mavi çizgi 2×2 mm, yeşil çizgi 3×2 mm, kırmızı çizgi 5×2 mm.
Özel hidrodinamik modeller, MNP'lerin tümör dokularına iletim yöntemini incelemek, nanopartikülleri hedef bölgede yoğunlaştırmak ve dolaşım sisteminde hidrodinamik koşullar altında nanopartiküllerin davranışını belirlemek için kullanılabilir. Kalıcı mıknatıslar harici manyetik alan olarak kullanılabilir. Nanopartiküller arasındaki manyetostatik etkileşimi göz ardı edersek ve manyetik akışkan modelini dikkate almazsak, mıknatıs ile tek bir nanopartikül arasındaki etkileşimi dipol-dipol yaklaşımıyla tahmin etmek yeterlidir.
Burada m, mıknatısın manyetik momentini, r, nanoparçacığın bulunduğu noktanın yarıçap vektörünü ve k, sistem faktörünü temsil eder. Dipol yaklaşımında, mıknatısın alanı benzer bir konfigürasyona sahiptir (Şekil 11).
Düzgün bir manyetik alanda, nanopartiküller yalnızca kuvvet çizgileri boyunca döner. Düzgün olmayan bir manyetik alanda ise, üzerlerine bir kuvvet etki eder:
Verilen l yönündeki türev nerededir? Ayrıca, kuvvet nanopartikülleri alanın en düzensiz bölgelerine doğru çeker, yani kuvvet çizgilerinin eğriliği ve yoğunluğu artar.
Bu nedenle, parçacıkların bulunduğu bölgede belirgin eksenel anizotropiye sahip yeterince güçlü bir mıknatıs (veya mıknatıs zinciri) kullanılması arzu edilir.
Tablo 1, tek bir mıknatısın, uygulama alanının damar yatağında MNP'yi yakalamak ve tutmak için yeterli bir manyetik alan kaynağı olarak yeteneğini göstermektedir.