- •«Российский национальный исследовательский медицинский
- •3.4. Просвечивающая электронная микроскопия……………………………...34
- •2. Обзор литературы
- •2.1. Наночастицы магнетита, их свойства и возможности использования в фармакологии и медицине.
- •2.1.1. Наночастицы магнетита, основные свойства.
- •2.1.2. Магнитные свойства нчож. Суперпарамагнетизм и ферримагнетизм.
- •2.2.Протонная релаксометрия.
- •2.3. Применение наночастиц магнетита в качестве основы для контрастного средства при мрт диагностике.
- •2.3.1. Метод мрт-диагностики.
- •2.3.2.Клиническое применение мрт.
- •2.3.3. Показаниями для проведения мрт с контрастным средством.
- •2.3.4. Противопоказания к мрт
- •2.4. Классификация магнитно-резонансных контрастных средств.
- •2.5. Взаимодействие наночастиц оксида железа с клетками. Роль стабилизации.
- •3.Материалы и методы.
- •3.1. Методика экспериментального исследования
- •3.2.Исследуемые соединения и реактивы.
- •3.3. Методика получения суперпарамагнитных и ферримагнитных
- •3.4. Просвечивающая электронная микроскопия
- •3.5.Измерения протонно-релаксационных свойств нчож.
- •3.6.Клеточная культура фибробластов крысы.
- •3.7.Мтт-тест
- •3.8. Методы статистической обработки данных.
- •4. Результаты и их обсуждение.
- •4.1.Синтез растворов на основе наночастиц.
- •4.2.Анализ кривых спада времен релаксации.
- •4.3.Оценка влияния соединений железа на жизнеспособность фибробластов мтт-тестом.
2. Обзор литературы
2.1. Наночастицы магнетита, их свойства и возможности использования в фармакологии и медицине.
2.1.1. Наночастицы магнетита, основные свойства.
Сложный оксид железа - магнетит Fe3O4 (FeO х Fe2O3) относится к классу веществ называемых ферритами, в структуре которого ионы кислорода образуют кубическую гранецентрированную решетку, где на один двухвалентный ион железа приходятся два трехвалентных иона железа[34].В результате образуются две магнитных подрешетки – одна из которых состоит из половины трехвалентных ионов железа, а вторую составляют оставшаяся половина его трехвалентных и двухвалентных ионов( рис.1).
Магнитные моменты подрешеток направлены антипараллельно, поэтому магнитные моменты трехвалентных ионов компенсируются, а моменты двухвалентных образуют спонтанную намагниченность. Материалы с некомпенсированным антиферромагнетизмом относят к классу ферримагнетиков. Магнитный домен магнетита обычно составляет 8 молекул оксида железа, суммарный магнитный момент которого близок к суммарному моменту отдельных ионов. Магнетит характеризуется достаточно высокой температурой Кюри (температура плавления)- 850 К, а при температуре 123 К, в результате изменения кристаллической структуры, магнетит испытывает переход Вервея (переход металл-изолятор)[36].
Рис 1. Строение кристаллической решетки Fe3O4.
-А. Красные шары – O2-, фиолетовый шар – Fe2+.
-Б. Красные шары –O2-, зеленые шары – Fe3+.
-В. Четыре узла А и четыре узла Б формируют элементарную ячейку кристалла магнетита.Г. Взаимная ориентация векторов магнитных спинов ионов Fe3+ и Fe2+. Зеленые шары - Fe3+. Фиолетовый шар – Fe2+.
Четыре узла А и четыре узла Б формируют элементарную ячейку кристалла
магнетита.
Согласно законам термодинамики формирование упорядоченной системы требует затрат энергии и связано с уменьшением энтропии, а значит требует воздействий на систему внешних сил и не должно протекать самопроизволь-
но. Кристаллическая структура магнетита такова, что в результате сложных взаимодействий электрической и магнитной природы, между атомными носителями магнетизма возникает положительная обменная энергия, и становится выгодным параллельное расположение магнитных моментов. В результате возникает некий вектор намагниченности у каждого отдельного домена. При размере наночастиц, сопоставимым с размером домена 5-20 нм, получаем однородно намагниченную однодоменную частицу, обладающую оптимальными магнитными свойствами, вследствии отсутствия междоменного взаимодействия при внесении частицы во внешнее магнитное поле[34]. В случае массивного материала из-за разнонаправленности отдельных доменов их вектора компенсируются и при отсутствии внешнего магнитного поля суммарная намагниченность материала равна нулю. Системы малых частиц магнетита, находящихся в немагнитной матрице, обладают парамагнитными свойствами, а в случае однодоменного состояния –суперпарамагнитными. [6].
Поведение суперпарамагнитных веществ во внешнем магнитном поле существенно отличается от обычных парамагнетиков и ферромагнетиков. При воздействии внешнего поля каждый отдельный магнитный домен принимает тоже направление, что и внешнее поле [37]. В таких системах потери при поглощении и испускании исследуемой средой энергии внешнего магнитного поля сводиться к минимуму, что делает их идеальной основой для магнитно – резонансного контрастного средства при МРТ- исследованиях. Намагниченность суперпарамагнетиков, связанная с поведением спинов отдельных атомов и отсутствия влияния междоменных стенок, в некоторых случаях, во много раз больше намагниченности обычных парамагнетиков. В случае наночастиц магнетита, со средним размером, около 30-50 нм, они обладают ярко выраженными ферримагнитными свойствами, при этом, при попадание во внешнее магнитное поле определенной частоты они, накапливая энергию, нагреваются до пороговой температуры, соответствующей переходу из ферримагнитного состояния в немагнитное. Это свойство ферримагнитных наночастиц магнетита возможно использовать при лечение онкологических заболеваний.
Исследования показали, что поведение наночастиц, при введение их в организм через кровоток, также существенно зависят от размера объекта. Частицы со средним размером 30-50 нм активно поглощаются клетками ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) и достаточно быстро накапливаются в печени и лимфатических узлах. В отдельных случаях, с целью увеличения времени циркуляции наночастиц их поверхность специально модифицируют, например полиэтиленгликолем. Однако, наночастицы с размером 5-10 нм, как свидетельствуют публикации, длительно циркулируют в кровотоке и поглощаются в очаге онкологических заболеваний[51]. Обнаружено, что наночастицы размером 5-10 нм обладают возможностью проникновения через ГЭБ, что открывает большие возможности для применения их при диагностики и лечения патологий головного мозга.
Практический интерес представляют суперпарамагнитные и ферримагнитные наночастицы оксида железа. Возможности применения наночастиц магнетита, а также наносистем на его основе, непосредственно опираются на его физические и фармакологические свойства[52].