Piccoli oggetti magnetici, che sono stati utilizzati con successo in applicazioni tecnologiche come l'archiviazione di dati, stanno mostrando risultati promettenti nel campo biomedico. Le nanostrutture magnetiche hanno proprietà interessanti che migliorano nuove applicazioni nella diagnosi medica e consentono l'esplorazione di nuove tecniche terapeutiche.

In questa settimana Revisione di fisica applicata i ricercatori esaminano lo stato dell'arte in questo campo. Un progresso particolarmente interessante riguarda una configurazione esotica di nanodischi, noto come stato di vortice, dove i momenti magnetici si dispongono in una geometria riccia.

Isolare e separare le cellule da un campione di sangue o tessuto è fondamentale per una varietà di applicazioni mediche, come la terapia genica o la diagnosi e il trattamento del cancro. Le procedure standard prevedono la filtrazione e la centrifugazione, ma cellule di dimensioni o densità simili non possono essere separate in questo modo.

Un approccio a questo problema è stato quello di rivestire perline sferiche di ossido di ferro con anticorpi che legano specificamente le cellule di interesse. Le celle desiderate vengono quindi separate con campi magnetici applicati. Però, questo può richiedere elevate intensità di campo magnetico, quindi è stato provato un secondo approccio utilizzando i nanofili.

Una terza via riguarda i nanodischi, sia in uno stato di vortice che in una configurazione antiferromagnetica sintetica, costituito da due strati ferromagnetici separati da uno strato non magnetico. La superficie delle piccole strutture può essere trattata con sonde fluorescenti, consentendo ai ricercatori di osservare il movimento delle particelle in risposta a un campo applicato.

Un'altra applicazione biomedica che può trarre vantaggio dalle nanostrutture magnetiche è la risonanza magnetica. Poiché la tecnica di base ha una bassa sensibilità, di solito sono necessari agenti di contrasto. Gli agenti più utilizzati sono i complessi di gadolinio, ma questi hanno sollevato problemi di tossicità. Sia i nanodischi che i nanofili rivestiti con sostanze biocompatibili hanno proprietà che li renderebbero dei buoni agenti di contrasto per la risonanza magnetica.

Un'area di applicazione innovativa delle nanostrutture magnetiche comporta l'annichilazione cellulare mirata per il trattamento del cancro. I nanodischi creati in uno stato di vortice di spin o in una configurazione antiferromagnetica sintetica mostrano grandi promesse per questo uso.

Elevati tassi di morte delle cellule tumorali, fino al 90%, sono stati osservati quando sono stati utilizzati campi magnetici relativamente deboli. Il meccanismo che porta alla morte cellulare è una forte forza meccanica che si verifica quando un campo magnetico rotante fa ruotare i nanodischi, distruggere le cellule tumorali dall'interno.

La maggior parte di questi studi sono stati condotti in laboratorio, quindi alcune situazioni, come la ritenzione o l'escrezione da parte degli organi interni o il trasporto attraverso i capillari, potrebbe essere ancora un problema. Sono necessari ulteriori studi per affrontare questi effetti del mondo reale.