Магнитные нанодиски для терапии злокачественных новообразований



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Неуклонный рост онкологической заболеваемости, приводящий к значительным показателям смертности и инвалидизации среди трудоспособного населения, обусловливает актуальность разработки инновационных методов терапии. Особый интерес исследователей вызывает перспективное направление магнитоуправляемой микрохирургии отдельных опухолевых клеток, основанное на применении функционализированных магнитных наноструктур. Среди различных типов магнитных частиц наибольший потенциал демонстрируют нанодиски, обладающие уникальными магнитными характеристиками. Возможность их модификации таргетными молекулами позволяет создавать высокоспецифичные системы для направленного воздействия на опухолевые клетки. В данном обзоре проведена оценка перспектив применения функционализированных магнитных нанодисков («умный наноскальпель») для селективного уничтожения злокачественных клеток. Материалы и методы исследования включали систематический анализ научных публикаций за 2022–2025 гг. в базе данных PubMed по ключевым словам «magnetic nanodiscs», «malignant neoplasms», «magnetic nanoparticles». Особое внимание уделено изучению принципов работы нанодисков, способных под воздействием переменного магнитного поля избирательно разрушать опухолевые клетки при сохранении жизнеспособности окружающих здоровых клеток. Проведённый анализ демонстрирует большой потенциал таргетных магнитных нанодисков в качестве перспективного адъювантного инструмента для селективной элиминации остаточных опухолевых клеток в послеоперационном периоде, а также для терапии диссеминированных метастатических очагов. Однако трансляция магнитомеханического подхода из экспериментальных исследований в клиническую практику требует проведения комплексных доклинических испытаний, включающих оптимизацию физико-химических параметров нанодисков, тщательную оценку эффективности и безопасности и разработку стандартизированных протоколов применения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Виктория Дмитриевна Федотовская

Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия; Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск, Россия

Email: viktoriia.fedotovskaia@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6472-0782
SPIN-код: 4500-4728
Россия, Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

Татьяна Николаевна Замай

Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия; Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск, Россия

Email: tzamay@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7493-8742
SPIN-код: 8799-8497

д-р биол. наук

Россия, Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

Ольга Сергеевна Коловская

Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия; Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск, Россия

Email: olga.kolovskaya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2494-2313
SPIN-код: 2254-5474

д-р биол. наук

Россия, Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

Анна Сергеевна Кичкайло

Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия; Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск, Россия

Email: annazamay@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1054-4629
SPIN-код: 2217-2229

д-р биол. наук

Россия, Красноярск, Россия; Красноярск, Россия

Ринат Гайсеевич Галеев

Научно-производственное предприятие «Радиосвязь», Красноярск, Россия

Email: info@krtz.su

д-р физ.-мат. наук

Россия, Красноярск, Россия

Руслан Александрович Зуков

Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск, Россия; Красноярский краевой клинический онкологический диспансер им. А.И. Крыжановского, Красноярск, Россия

Email: zukov.ra@krasgmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7210-3020
SPIN-код: 3632-8415
Россия, Krasnoyarsk, Russia; Krasnoyarsk, Russia

Сергей Геннадьевич Овчинников

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия

Email: sgo@iph.krasn.ru
ORCID iD: 0000-0003-1209-545X
SPIN-код: 4857-6804

д-р физ.-мат. наук

Россия, Красноярск, Россия

Сергей Сергеевич Замай

Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия

Автор, ответственный за переписку.
Email: sergey-zamay@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4828-7077
SPIN-код: 6227-2236

канд. физ.-мат. наук

Россия, Красноярск, Россия

Список литературы

  1. Ferlay J, Colombet M, Soerjomataram I, et al. Cancer incidence and mortality patterns in Europe: Estimates for 40 countries and 25 major cancers in 2018. European Journal of Cancer. 2018;103:356–387. doi: 10.1016/j.ejca.2018.07.005
  2. The Global Cancer Observatory. Cancer Fact Sheet — All Cancers. World Health Organ: Lyon, France. 2019;876:1–2.
  3. Siegel RL, Miller KD, Jemal A. Cancer statistics, 2020. СА: A Cancer Journals for Clinicians. 2020;70(1):7–30. doi: 10.3322/caac.21660
  4. Pichot SL, Bentouati S, Ahmad SS, et al. Versatile magnetic microdiscs for the radio enhancement and mechanical disruption of glioblastoma cancer cells. RSC Advances. 2020;10(14):8161–8171. doi: 10.1039/d0ra00164c
  5. Rivera-Rodriguez A, Rinaldi-Ramos CM. Emerging Biomedical Applications Based on the Response of Magnetic Nanoparticles to Time-Varying Magnetic Fields. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 2021;7(12):163–185. doi: 10.1146/annurev-chembioeng-102720-015630
  6. Cheng Y, Muroski ME, Petit DCMC, et al. Rotating magnetic field induced oscillation of magnetic particles for in vivo mechanical destruction of malignant glioma. Journal of Controlled Release. 2016;223:75–84. doi: 10.1016/j.jconrel.2015.12.028
  7. Wo R, Xu R, Shao Y et al. A Multimodal System with Synergistic Effects of Magneto-Mechanical, Photothermal, Photodynamic and Chemo Therapies of Cancer in Graphene-Quantum Dot-Coated Hollow Magnetic Nanospheres. Theranostics. 2016;6(4):485–500. doi: 10.7150/thno.13411
  8. Martínez-Banderas AI, Aires A, Teran FJ, et al. Functionalized magnetic nanowires for chemical and magneto-mechanical induction of cancer cell death. Scientific Reports. 2016;6:35786. doi: 10.1038/srep35786
  9. Kim DH, Rozhkova EA, Ulasov IV, et al. Biofunctionalized magnetic-vortex microdiscs for targeted cancer-cell destruction. Nature Materials. 2010;9(2):165–171. doi: 10.1038/nmat2591
  10. Zhang E, Kircher MF, Koch M, et al. Dynamic Magnetic Fields Remote-Control Apoptosis via Nanoparticle Rotation. ACS Nano. 2014;8(4):3192–3201. doi: 10.1021/nn406302j
  11. Domenech M, Marrero-Berrios I, Torres-Lugo M, Rinaldi C. Lysosomal Membrane Permeabilization by Targeted Magnetic Nanoparticles in Alternating Magnetic Fields. ACS Nano. 2013;7(6):5091–5101. doi: 10.1021/nn4007048
  12. Muroski ME, Morshed RA, Cheng Y, et al. Controlled Payload Release by Magnetic Field Triggered Neural Stem Cell Destruction for Malignant Glioma Treatment. PLoS ONE. 2016;11(1):e0145129. doi: 10.1371/journal.pone.0145129
  13. Contreras MF, Sougrat R, Zaher A et al. Non-chemotoxic induction of cancer cell death using magnetic nanowires. International Journal of Nanomedicine. 2015;10:2141–2153. doi: 10.2147/IJN.S77081
  14. Cho MH, Lee EJ, Son M et al. A magnetic switch for the control of cell death signalling in vitro and in vivo systems. Nature Materials. 2012;11(12):1038–1043. doi: 10.1038/nmat3430
  15. Zamay TN, Zamay SS, Kolovskaya OS, Kichkailo AS. Magnetic Nanoparticles in Theranostics. In: Handbook of Materials for Nanomedicine: Metal-Based and Other Nanomaterials. Danvers, Jenny Stanford of Publishing Ptc. Ltd.; 2020:201–244.
  16. Andrés VM, Costo R, Roca AG, et al. Uniform and water stable magnetite nanoparticles with diameters around the monodomain–multidomain limit. Journal of Physics D: Applied Physics. 2008;41(13):134003. doi: 10.1088/0022-3727/41/13/134003
  17. Irodov EI. Electromagnetism. Basic Laws. Moscow: Knowledge Lab; 2019. 319 р. (In Russ.)
  18. Orlov VA, Rudenko RYu, Prokopenko VS, Orlova IN. The effect of mechanical stresses on the structure of the magnetization of three-layer nanosome disks. Physics of metals and metal science. 2020;121(11):1135–1141. doi: 10.31857/S0015323020100071 EDN: KXSKHQ
  19. Lu A-H, Salabas EL, Schuth F. Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angewandte Chemie. 2007;46(8):1222–1244. doi: 10.1002/anie.200602866
  20. Zugazagoitia J, Guedes C, Ponce S, et al. Current challenges in cancer treatment. Clinical Therapeutics. 2016;38(7):1551–1566. doi: 10.1016/j.clinthera.2016.03.026
  21. Goiriena-Goikoetxea M, Muñoz D, Orue I, et al. Disk-shaped magnetic particles for cancer therapy. Physical Review Applied. 2020;7(1):011306. doi: 10.1063/1.5123716
  22. Zamay TN, Zamay GS, Belyanina IV, et al. Noninvasive Microsurgery Using Aptamer-Functionalized Magnetic Microdiscs for Tumor Cell Eradication. Nucleic Acid Therapeutics. 2016;27(2):105–114. doi: 10.1089/nat.2016.0634
  23. Fedotovskaya VD, Zamay SS, Zotova MV, et al. Magnetic Nanodiscs That Destroy Glioblastoma Cells in a Targeted Way in an Alternating Nonheating Magnetic Field. Nanobiotechnology Reports. 2024;19(2):299–304. doi: 10.1134/S2635167624600834
  24. Vemulkar T, Mansell R, Petit DCMC, et al. Highly tunable perpendicularly magnetized synthetic antiferromagnets for biotechnology applications. Applied Physics Letters. 2015;107(1):012403. doi: 10.1063/1.4926336
  25. Engel BN, Akerman J, Butcher B, et al. A 4-mb toggle MRAM based on a novel bit and switching method. IEEE Transactions Magnetics. 2005;41(1):132–136. doi: 10.1109/tmag.2004.840847
  26. Hu W, Wilson CRJ, Koh A, et al. High-moment antiferromagnetic nanoparticles with tunable magnetic properties. Advanced Material. 2008;20(8):1479–1483. doi: 10.1002/adma.200703077
  27. Courcier T, Joisten H, Sabon P, et al. Tumbling motion yielding fast displacements of synthetic antiferromagnetic nanoparticles for biological applications. Applied Physics Letters. 2011;99(9):093107. doi: 10.1063/1.3633121
  28. Guslienko KY, Novosad V, Otani Y, et al. Field evolution of magnetic vortex state in ferromagnetic disks. Applied Physics Letters. 2001;78(24):3848–3850. doi: 10.1063/1.1377850
  29. Joisten H, Courcier T, Balint P, et al. Self-polarization phenomenon and control of dispersion of synthetic antiferromagnetic nanoparticles for biological applications. Applied Physics Letters. 2010;97(25):253112. doi: 10.1063/1.3518702
  30. Wong DW, Gan WL, Liu N, Lew WS. Magnetoactuated cell apoptosis by biaxial pulsed magnetic field. Scientific Reports. 2017;7(1):1–8. doi: 10.1038/s41598-017-11279-w
  31. Zamay T, Zamay S, Luzan N, et al. Magnetic Nanoscalpel for the Effective Treatment of Ascites Tumors. Journal of Functional Biomaterials. 2023;14(4):179. doi: 10.3390/jfb14040179
  32. Scholz W, Guslienko KY, Novosad V, et al. Transition from single-domain to vortex state in soft magnetic cylindrical nanodots. Journal of Magnetism and Magnetic Material. 2003;266(1–2):155–163. doi: 10.1016/S0304-8853(03)00466-9
  33. Moritz J, Dieny B, Nozieres JP, et al. Domain structure in magnetic dots prepared by nanoimprint and e-beam lithography. Journal Applied Physics. 2002;91(10):7314–7316. doi: 10.1063/1.1452260
  34. Zamay SS, Galeev RG, Narodov AA, Kichkaylo AS. The technology of creating a “smart nanoscalpel” for microsurgery of malignant neoplasms. Science and technology of Siberia. 2023;4 (11):60–63.
  35. Illi B, Scopece A, Nanni S, et al. Epigenetic histone modification and cardiovascular lineage programming in mouse embryonic stem cells exposed to laminar shear stress. Circulation Research. 2005:96(5):501–508. doi: 10.1161/01.RES.0000159181.06379.63
  36. Stolberg S, McCloskey KE. Can shear stress direct stem cell fate? Biotechnology Progress. 2009;25(1):10–19. doi: 10.1002/btpr.124
  37. Vitol EA, Yefremenko VG, Jain S, et al. Optical transmission modulation by disk-shaped ferromagnetic particles. Journal Applied Physics. 2012;111(7):07A945. doi: 10.1063/1.3679567
  38. Mansell R, Vemulkar T, Petit DCMC, et al. Magnetic particles with perpendicular anisotropy for mechanical cancer cell destruction. Scientific Reports. 2017;7(1):4257. doi: 10.1038/s41598-017-04154-1
  39. Wilhelm S, Tavares AJ, Dai Q, et al. Analysis of nanoparticle delivery to tumours. Nature Reviews Materials. 2016;1(5):1–12. doi: 10.1038/natrevmats.2016.14
  40. Decuzzi BG, Tanaka T, Lee SY, et al. Size and shape effects in the biodistribution of intravascularly injected particles. Journal Controlled Release. 2010;141(3):320–327. doi: 10.1016/j.jconrel.2009.10.014
  41. Zamay GS, Zamay TN, Lukyanenko KA, Kichkailo AS. Aptamers increase biocompatibility and reduce the toxicity of magnetic nanoparticles used in biomedicines. Biomedicines. 2020;8(3):1–14. doi: 10.3390/biomedicines8030059
  42. Carboni K, Tschudi J, Nam X, et al. Particle margination and its implications on intravenous anticancer drug delivery. AAPS PharmSciTech. 2014;15(3):762–771. doi: 10.1208/s12249-014-0099-6
  43. Chauhan VP, Popovi´c Z, Chen O, et al. Fluorescent nanorods and nanospheres for real-time in vivo probing of nanoparticle shape-dependent tumor penetration. Angewandte Chemie. 2011;50(48):11417–11420. doi: 10.1002/anie.201104449
  44. Ye H, Shen Z, Yu L, et al. Manipulating nanoparticle transport within blood flow through external forces: An exemplar of mechanics in nanomedicine. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2018;474(2211):1–24. doi: 10.1098/rspa.2017.0845
  45. Mody VV, Cox A, Shah S, et al. Magnetic nanoparticle drug delivery systems for targeting tumor. Applied Nanoscience. 2014;4(4):385–392. doi: 10.1007/s13204-013-0216-y

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 86496 от 11.12.2023 г. 
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 80673 от 23.03.2021 г.