Il calore può essere la chiave per uccidere alcuni tipi di cancro, e una nuova ricerca di un team che comprende scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) ha prodotto risultati inaspettati che dovrebbero aiutare a ottimizzare la progettazione di nanoparticelle magnetiche che possono essere utilizzate per fornire calore direttamente ai tumori cancerosi.

Quando combinato con altri trattamenti come la radioterapia o la chemioterapia, il calore applicato direttamente ai tumori aiuta ad aumentare l'efficacia di questi tipi di trattamenti, e riduce la dose necessaria di sostanze chimiche o radiazioni.

È qui che entrano in gioco le nanoparticelle magnetiche. Queste sfere di ossido di ferro, solo poche decine di nanometri di diametro, surriscaldarsi se esposto a un potente campo magnetico. Il loro scopo è portare calore direttamente ai tumori. Ricerca sui materiali, eseguita in parte presso il NIST Center for Neutron Research (NCNR), ha rivelato un comportamento magnetico che si è rivelato controintuitivo per il team scientifico, una scoperta che influenzerà le particelle scelte per un particolare trattamento.

La scelta del giusto tipo di particelle è importante perché, a seconda della loro struttura, forniscono una diversa dose di calore al cancro. Alcuni si riscaldano rapidamente all'inizio, mentre altri richiedono un campo magnetico più forte per funzionare ma alla fine forniscono più calore.

"Vuoi progettare le tue nanoparticelle per il tipo di cancro che stai curando, che sia localizzato o diffuso attraverso il corpo, " dice Cindi Dennis del NIST. "La quantità di elettricità necessaria per creare il campo può essere di 100 kilowatt o più. Che costa un sacco di soldi, quindi vogliamo aiutare a progettare particelle che faranno il miglior lavoro".

Sebbene il campo magnetico applicato per l'ipertermia sia 100 a 1, 000 volte più debole di quello tipicamente utilizzato per l'imaging MRI, Dennis spiega, è un campo alternato (la polarità magnetica cambia rapidamente), che richiede molta più potenza.

Con i colleghi della Johns Hopkins University School of Medicine, l'Università di Manitoba e nell'industria, il team ha studiato due tipi di nanoparticelle di ossido di ferro, ognuno dei quali ha una diversa struttura interna. In uno, i cristalli di ossido di ferro sono impilati ordinatamente, come mattoni in un muro; nell'altro, la disposizione è più casuale, come palline in un box. Sottoponendo entrambi i tipi a un campo magnetico alternato, il team ha scoperto che quelli ordinatamente impilati avevano bisogno di un campo più forte del previsto per riscaldarsi, mentre le particelle casuali si riscaldavano più rapidamente, anche quando il campo era ancora debole.

Ci è voluto un viaggio al NCNR per capire perché queste nanoparticelle si comportassero in modo strano. Gli esperimenti sui neutroni hanno mostrato regioni di diverse dimensioni e forme nelle particelle. All'interno di ogni regione, i cosiddetti momenti magnetici sono uniformi e puntano nella stessa direzione. Ma le regioni stesse non si sono allineate tra loro. Questo comportamento imprevisto tra le regioni, si scopre, influenza profondamente la risposta delle nanoparticelle a un campo magnetico."

I materiali spesso si comportano in modo imprevisto su scala nanometrica, e qui ne abbiamo un altro esempio, "Dennis dice. "Ci aspettiamo che aiuterà a progettare migliori trattamenti contro il cancro. Un cancro localizzato potrebbe essere trattato con nanoparticelle che emettono subito molto calore perché il campo può essere concentrato su una piccola regione".