Магнитоуправляемые терапевтические системы

Лекция 11

 

В клинической практике применение многих лекарствен-ных препаратов нередко ограничивается их рабочим действием и возможностью серьезных осложнений. При наличии локализованного очага заболевания нежелательные последствия химиотерапии могут быть снижены путем создания в пораженном участке повышенной концентрации лекарства по сравнению со здоровыми органами и тканями. На практике для этого применяют инъекции непосредственно в пораженный участок или обеспечивают доставку препарата к очагу поражения при помощи катетеров и т.п. Однако прямой доступ к очагу болезни часто затруднен или невозможен. Это приводит к поиску альтернативных путей решения проблемы локализации действия лекарств. Одним из таких путей является разработка систем направленного транспорта лекарств в организме. Большой интерес клиницистов вызывает создание и применение препаратов диагностического и лечебного назначения, для которых возможно бесконтактно управлять внутри живых организмов внешним магнитным полем. В состав таких препаратов вводятся мелкодисперсные магнитные материалы, главным образом металлическое железо (препараты А) и ферриты (препараты В). Последние представляют собой химические соединения оксида железа (III) с оксидами других металлов. По своим магнитным свойствам указанные материалы относятся к ферромагнетикам и ферримагнетикам.

 

Препараты типа A, включающие мелкодисперсные частицы металлического железа.

Стремление получить препараты, обладающие сильными магнитными свойствами, привело к созданию и исследованию дисперсий ферромагнитных порошков металлического железа (препараты типа А). В этих препаратах в качестве дисперсион-ной среды использованы различные жидкие среды: вода, физиологический раствор, 25% раствор альбумина, дефибрини-зированная кровь животных и др. Дисперсная фаза представляла собой мелкодисперсные частицы медицинского или карбонильного железа.

Исходя из степени дисперсности частиц железа, среди описанных в литературе препаратов типа А, можно выделить золи - коллоидные растворы магнитного материала, стабилизи-рованные добавками поверхностно-активного вещества (ПАВ). Их называют магнитными жидкостями (МЖ) или феррожидкос-тями.

Частицы дисперсной фазы магнитных коллоидов имеют критический размер. Этот размер определяется наступлением состояния одноименности. Последнее означает, что магнитная частица представляет собой один домен - область самопроиз-вольной намагниченности, то есть превращается в миниатюр-ный постоянный магнит. Частицы, размеры которых меньше критического, ведут себя в магнитном поле как неферромагнитные материалы. Критический радиус частиц железа (1 домен) составляет соответственно 1 • 10-8м и 1,6 • 10-8 м.

 

Препараты типа В, включающие мелкодисперсные частицы ферритов

В состав препаратов этого типа входят высокодисперсные частицы ферритов различных структур - феррошпинели, феррогранаты, гексаферриты, ортоферриты. От вида магнитного материала, входящего в состав препарата, зависят магнитные характеристики последнего. Ферриты – это материалы с меньшей намагниченностью отдельного домена по сравнению с металлическим железом.

Наибольшее число работ, связанное с новыми препаратами типа В, предусматривает введение в их состав частиц высокодисперсного магнетита Fe3O4 представляющего собой феррит со структурой обращенной шпинели. Это обусловлено сочетанием достаточно высокой намагниченности насыщения магнетита с легкостью его получения в высокодисперсном состоянии. Ферриты с размером частиц 10 нм получают соосаж-дением из растворов солей двух- и трехвалентного железа избытком гидроксида натрия, калия или аммония.

При этом происходит реакция:

FeCl2 · 4H2O + 2 FeCl3 · 6H2O + 8NH4OH ® Fe3O4 ¯ + 8NH4Cl + 20H2O

Образуется осадок, состоящий из высодисперсных частиц магнетита. При получении магнитной жидкости необходимо добавлять так же поверхностно-активное вещество, которое, адсорбируясь на частицах магнетита, препятствует их агрегации. Дисперсионной средой может служить как вода, так и различные органические растворители. Требования, предъяв-ляемые к магнитным носителям, весьма разнообразны. Так, во избежание риска эмболизации мелких сосудов и капилляров размеры носителей не должны превышать нескольких микрон, а для предотвращения их агрегации в магнитном поле и увеличения доли полезной нагрузки носителей лекарством содержание в них ферромагнитных частиц должно быть возможно меньшим. С другой стороны, обусловленная приложенным внешним магнитным полем сила, удерживающая носитель в кровотоке, пропорциональна размеру в третьей степени носителя и количеству в нем ферромагнетика. Противодействующая гидродинамическая сила, стремящаяся унести из участка-мишени остановленный на внутренней стенке сосуда носитель, пропорциональна лишь размеру во второй степени носителя. Следовательно, при уменьшении размера носителя магнитная сила убывает быстрее,чем гидродинамическая и поэтому размеры носителя и содержание в нем ферромагнитного материала целесообразно увеличивать. Далее, химический состав и структура носителя должны быть такими, чтобы исключить или хотя бы ослабить задержку носителей в печени как чужеродных тел.