RU2619854C2 - Stand for research of process of magnetocontrollable nanoparticle delivery into vascular system (versions) - Google Patents
Stand for research of process of magnetocontrollable nanoparticle delivery into vascular system (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2619854C2 RU2619854C2 RU2015142268A RU2015142268A RU2619854C2 RU 2619854 C2 RU2619854 C2 RU 2619854C2 RU 2015142268 A RU2015142268 A RU 2015142268A RU 2015142268 A RU2015142268 A RU 2015142268A RU 2619854 C2 RU2619854 C2 RU 2619854C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaped tube
- nanoparticles
- stand
- vascular system
- nanoparticle delivery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/74—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids
- G01N27/745—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids for detecting magnetic beads used in biochemical assays
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Algebra (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, в частности к экспериментальной медицине, и может быть использовано для изучения процесса накопления магнитных наночастиц в заданном участке сосудистой системы под воздействием внешнего магнитного поля.The invention relates to medicine, in particular to experimental medicine, and can be used to study the process of accumulation of magnetic nanoparticles in a given section of the vascular system under the influence of an external magnetic field.
Наночастицы с магнитными свойствами в последние годы активно изучаются и находят применение в медицинской визуализации, диагностике и терапии. Использование контрастных веществ на основе магнитных наночастиц (МНЧ) в магнитно-резонансной томографии позволяет визуализировать воспаление различной локализации в нервной системе, почках, кишечнике, легких, печени, костной и жировой тканях [Wu Y., Briley-Saebo K., Xie J. et al. Inflammatory bowel disease: MR- and SPECT/CT-based macrophage imaging for monitoring and evaluating disease activity in experimental mouse model-pilot study // Radiology. - 2014. - Vol. 271, №2. - P. 400-406; Luciani A., Dechoux S., Deveaux V. et al. Adipose tissue macrophages: MR tracking to monitor obesity-associated inflammation // Radiology. - 2012. - Vol. 263, №3. - P. 786-878]. Кроме того, МНЧ в экспериментальных исследованиях применяются в следующих областях: для направленной доставки противоопухолевых препаратов, направленной термочувствительной химиотерапии [Pradhan P., Giri J., Rieken F. et al. Targeted temperature sensitive magnetic liposomes for thermo-chemotherapy // J Control Release. - 2010. - Vol. 142, №1. - P. 108-129], магнитной фотодинамической терапии [Cinteza L.O., Ohulchanskyy T.Y., Sahoo Y. et al. Diacyllipid micelle-based nanocarrier for magnetically guided delivery of drugs in photodynamic therapy // Mol Pharm. - 2006. - Vol. 3, №4. - P. 415-437] и флуоресцентной визуализации [Yang L., Mao H., Cao Z. et al. Molecular imaging of pancreatic cancer in an animal model using targeted multifunctional nanoparticles // Gastroenterology. - 2009. - Vol. 136, №5 - P. 1514-1538].In recent years, nanoparticles with magnetic properties have been actively studied and are used in medical imaging, diagnostics, and therapy. The use of contrast agents based on magnetic nanoparticles (MNPs) in magnetic resonance imaging allows visualization of inflammation of various localization in the nervous system, kidneys, intestines, lungs, liver, bone and adipose tissues [Wu Y., Briley-Saebo K., Xie J. et al. Inflammatory bowel disease: MR- and SPECT / CT-based macrophage imaging for monitoring and evaluating disease activity in experimental mouse model-pilot study // Radiology. - 2014 .-- Vol. 271, No. 2. - P. 400-406; Luciani A., Dechoux S., Deveaux V. et al. Adipose tissue macrophages: MR tracking to monitor obesity-associated inflammation // Radiology. - 2012. - Vol. 263, No. 3. - P. 786-878]. In addition, MNPs in experimental studies are used in the following areas: for targeted delivery of anticancer drugs, targeted thermosensitive chemotherapy [Pradhan P., Giri J., Rieken F. et al. Targeted temperature sensitive magnetic liposomes for thermo-chemotherapy // J Control Release. - 2010 .-- Vol. 142, No. 1. - P. 108-129], magnetic photodynamic therapy [Cinteza L.O., Ohulchanskyy T.Y., Sahoo Y. et al. Diacyllipid micelle-based nanocarrier for magnetically guided delivery of drugs in photodynamic therapy // Mol Pharm. - 2006. - Vol. 3, No. 4. - P. 415-437] and fluorescence imaging [Yang L., Mao H., Cao Z. et al. Molecular imaging of pancreatic cancer in an animal model using targeted multifunctional nanoparticles // Gastroenterology. - 2009. - Vol. 136, No. 5 - P. 1514-1538].
Вопрос эффективности применения лекарственных препаратов противоишемического действия, иммобилизированных на поверхности магнитных наночастиц, в литературе представлен единичными статьями. В то же время магнитоуправляемая доставка лекарственных препаратов в зону ишемии потенциально может обеспечить увеличение терапевтического действия с одновременным уменьшением выраженности системных побочных эффектов [Galagudza М., Korolev D., Postnov V. et al. Passive targeting of ischemic-reperfused myocardium with adenosine-loaded silica nanoparticles // Int J Nanomedicine. - 2012. - №7. - P. 1671-1678]. В работе Zhang и соавт. [Zhang Y., Li W., Ou L. et al. Targeted delivery of human VEGF gene via complexes of magnetic nanoparticle-adenoviral vectors enhanced cardiac regeneration // PLoS One. - 2012. - Vol. 7, №7. - P. e39490] был продемонстрирован положительный эффект от использования магнитных наночастиц в качестве транспортера сосудистого эндотелиального фактора роста на модели лигирования коронарной артерии у крысы.The effectiveness of the use of anti-ischemic drugs immobilized on the surface of magnetic nanoparticles is presented in the literature in isolated articles. At the same time, magnetically controlled drug delivery to the ischemic zone can potentially provide an increase in therapeutic effect while reducing the severity of systemic side effects [Galagudza M., Korolev D., Postnov V. et al. Passive targeting of ischemic-reperfused myocardium with adenosine-loaded silica nanoparticles // Int J Nanomedicine. - 2012. - No. 7. - P. 1671-1678]. In the work of Zhang et al. [Zhang Y., Li W., Ou L. et al. Targeted delivery of human VEGF gene via complexes of magnetic nanoparticle-adenoviral vectors enhanced cardiac regeneration // PLoS One. - 2012. - Vol. 7, No. 7. - P. e39490], the beneficial effect of using magnetic nanoparticles as a transporter of vascular endothelial growth factor in a rat coronary artery ligation model was demonstrated.
Для установления перспектив использования магнитных наночастиц в качестве транспортера лекарственных препаратов необходимо решить ряд задач, в частности выяснить оптимальную интенсивность магнитного поля для обеспечения накопления наночастиц в очаге ишемии, изучить биосовместимость наночастиц, а также изучить кардиопротективный эффект препаратов, иммобилизированных на поверхности наночастиц.To establish the prospects of using magnetic nanoparticles as a transporter of drugs, it is necessary to solve a number of problems, in particular, to find out the optimal magnetic field intensity to ensure the accumulation of nanoparticles in the focus of ischemia, to study the biocompatibility of nanoparticles, and also to study the cardioprotective effect of drugs immobilized on the surface of nanoparticles.
Однако изучение процесса магнитоуправляемой доставки правильнее начинать в модельных условиях in vitro. Для этого необходима разработка специализированного испытательного стенда, имитирующего участок системы кровообращения и позволяющего прилагать магнитное воздействие, а также осуществлять регистрацию накопления нанообъектов. Подобные задачи частично решались при конструировании систем вспомогательного кровообращения. Пик исследований в этой области пришелся на конец 70-х, начало 80-х годов прошлого века [Описание изобретения к авторскому свидетельству №685294. Стенд-имитатор системы кровообращения организма. / М.А. Локшин, Ю.Н. Гаврилов, В.И. Ковин, опубл. 15.09.79; Описание изобретения к авторскому свидетельству №936922. Стенд для моделирования системы кровообращения. / А.П. Осипов, В.М. Мордашев, В.А. Кремнев, Ю.М. Киселев, опубл. 23.06.82; Описание изобретения к авторскому свидетельству №939013. Устройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения. / B.C. Бедненко, А.С. Нехаев, А.Н. Козлов, опубл. 30.06.82; Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1029961 А. Стенд для испытания искусственного сердца. / М.А. Локшин, В.И. Копин, В.Г. Северин, А.В. Врубель, В.А. Стасенков, опубл. 23.07.83].However, the study of the process of magnetically controlled delivery is more appropriate to begin under in vitro model conditions. This requires the development of a specialized test bench that simulates a section of the circulatory system and allows you to apply a magnetic effect, as well as register the accumulation of nano-objects. Similar problems were partially solved in the design of auxiliary circulatory systems. The peak of research in this area came at the end of the 70s, the beginning of the 80s of the last century [Description of the invention to copyright certificate No. 685294. Stand-simulator of the circulatory system of the body. / M.A. Lokshin, Yu.N. Gavrilov, V.I. Kovin, publ. 09/15/79; Description of the invention to copyright certificate No. 936922. Stand for modeling the circulatory system. / A.P. Osipov, V.M. Mordashev, V.A. Kremnev, Yu.M. Kiselev, publ. 06/23/82; Description of the invention to copyright certificate No. 939013. Device for modeling hemodynamic phenomena in the circulatory system. / B.C. Bednenko, A.S. Nekhaev, A.N. Kozlov, publ. 06/30/82; Description of the invention to the copyright certificate SU 1029961 A. Stand for testing an artificial heart. / M.A. Lokshin, V.I. Kopin, V.G. Severin, A.V. Vrubel, V.A. Stasenkov, publ. 07.23.83].
Однако к недостаткам этих стендов следует отнести их ограниченные функциональные возможности.However, the disadvantages of these stands should include their limited functionality.
Проведенные авторами патентные исследования не выявили прототип предлагаемого изобретения.Conducted by the authors of patent research did not reveal a prototype of the invention.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является изучение процесса накопления магнитных наночастиц в заданном участке сосудистой системы под воздействием внешнего магнитного поля.The problem to which the invention is directed, is to study the process of accumulation of magnetic nanoparticles in a given section of the vascular system under the influence of an external magnetic field.
Данная задача решается за счет того, что в первом варианте конструкция стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему включает У-образную трубку, единичный конец которой, расположенный между магнитом и регистратором, соединен с накопительной емкостью, выход последней соединен через помпу и расходомер с одним из раздвоенных концов У-образной трубки, образуя замкнутый контур, имитирующий систему кровообращения, причем упомянутый раздвоенный конец У-образной трубки соединен также с датчиком давления и элементом доставки наночастиц, представляющим собой шприц.This problem is solved due to the fact that in the first embodiment, the design of the stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles to the vascular system includes a U-shaped tube, the unit end of which, located between the magnet and the recorder, is connected to the storage tank, the output of the latter is connected through the pump and flow meter with one of the bifurcated ends of the U-shaped tube, forming a closed loop simulating the circulatory system, and said bifurcated end of the U-shaped tube is also connected to the sensor pressure and the nanoparticle delivery element, which is a syringe.
Данная задача решается также за счет того, что во втором варианте конструкция стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему включает У-образную трубку, единичный конец которой, расположенный между магнитом и регистратором, соединен с накопительной емкостью, выход последней соединен через помпу и расходомер с одним из раздвоенных концов У-образной трубки, образуя замкнутый контур, имитирующий систему кровообращения, причем упомянутый раздвоенный конец трубки соединен также с датчиком давления, а в другой раздвоенный конец У-образной трубки помещен элемент доставки наночастиц, представляющий собой электромагнитный зонд, соединенный с источником питания.This problem is also solved due to the fact that in the second embodiment, the design of the stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles into the vascular system includes a U-shaped tube, the unit end of which, located between the magnet and the recorder, is connected to the storage tank, the output of the latter is connected through a pump and a flowmeter with one of the bifurcated ends of the U-shaped tube, forming a closed loop that simulates the circulatory system, and said bifurcated end of the tube is also connected to the sensor luminescence, and at the other forked end of the U-shaped tube is placed the nanoparticle delivery element, which is an electromagnetic probe connected to a power source.
Во втором варианте данная задача решается также за счет конструкции электромагнитного зонда, выполненного в форме соленоида с длиной, значительно превышающей его диаметр.In the second embodiment, this problem is also solved by the construction of an electromagnetic probe made in the form of a solenoid with a length significantly exceeding its diameter.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков заявленной группы изобретений, является создание универсального стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему, сочетающего в себе модель участка системы кровообращения, систему приложения магнитного воздействия и систему наблюдения за процессом накопления наночастиц.The technical result provided by the given set of features of the claimed group of inventions is the creation of a universal stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles into the vascular system, combining a model of a portion of the circulatory system, a magnetic exposure application system, and a nanoparticle accumulation monitoring system.
Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 представлена блок-схема стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему (вариант 1);in FIG. 1 shows a block diagram of a stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles into the vascular system (option 1);
на фиг. 2 представлена блок-схема стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему (вариант 2);in FIG. 2 is a block diagram of a bench for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles to the vascular system (option 2);
на фиг. 3 представлена конструкция магнитного зонда (вариант 2);in FIG. 3 shows the design of the magnetic probe (option 2);
на фиг. 4 - график зависимости объемного расхода модельной жидкости от мощности помпы;in FIG. 4 is a graph of the volumetric flow rate of the model fluid versus pump power;
на фиг. 5 - микрофотография нанопорошка магнетита;in FIG. 5 is a micrograph of a magnetite nanopowder;
на фиг. 6 - график магнитной восприимчивости магнитных наночастиц;in FIG. 6 is a graph of the magnetic susceptibility of magnetic nanoparticles;
на фиг. 7 - накопление магнитных наночастиц в зоне движения модельной жидкости: А - фотография накопления магнитных наночастиц; Б - схематическое изображение топографии магнитного поля (распределение магнитной индукции в пространстве).in FIG. 7 - accumulation of magnetic nanoparticles in the zone of motion of the model fluid: A - photograph of the accumulation of magnetic nanoparticles; B is a schematic representation of the topography of the magnetic field (distribution of magnetic induction in space).
Конструкция стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему в первом варианте (фиг. 1) содержит: У-образную трубку 1, единичный конец которой, расположенный между магнитом 2 и регистратором 3, соединен с накопительной емкостью 4, выход последней соединен через помпу 5 и расходомер 6 с одним из раздвоенных концов У-образной трубки 1, упомянутый раздвоенный конец У-образной трубки 1 соединен также с датчиком давления 7 и элементом доставки наночастиц 8, представляющим собой шприц.The design of the stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles to the vascular system in the first embodiment (Fig. 1) contains: a
Конструкция стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему во втором варианте (фиг. 2) содержит: У-образную трубку 1, единичный конец которой, расположенный между магнитом 2 и регистратором 3, соединен с накопительной емкостью 4, выход последней соединен через помпу 5 и расходомер 6 с одним из раздвоенных концов У-образной трубки 1, образуя замкнутый контур, имитирующий систему кровообращения, причем упомянутый раздвоенный конец У-образной трубки 1 соединен также с датчиком давления 7, а в другой раздвоенный конец У-образной трубки 1 помещен элемент доставки наночастиц 8, представляющий собой электромагнитный зонд, соединенный с источником питания 9.The design of the stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles to the vascular system in the second embodiment (Fig. 2) contains: a
У-образная трубка 1 (фиг. 1 и 2) может быть выполнена, например, из пирексного стекла.The U-shaped tube 1 (Figs. 1 and 2) can be made, for example, of pyrex glass.
В качестве регистратора 3 (фиг. 1 и 2) могут быть применены промышленная видеокамера или цифровой фотоаппарат. Возможно также применение флуоресцентных красителей в совокупности с соответствующими светофильтрами и источниками излучения.As the recorder 3 (Fig. 1 and 2) can be applied industrial video camera or digital camera. It is also possible to use fluorescent dyes in conjunction with the corresponding filters and radiation sources.
Гидравлическая часть имитирующей системы кровообращения (фиг. 1 и 2) включает: накопительную емкость 4, представляющую собой ресивер, помпу 5, в качестве которой может быть использована, например, помпа от аппарата искусственной почки, и расходомер 6. Расход и давление в системе измеряются непосредственно перед входом в У-образную трубку.The hydraulic part of the simulating circulatory system (Fig. 1 and 2) includes: a
В качестве элемента доставки наночастиц 8 по варианту 2 (фиг. 2) был спроектирован электромагнитный зонд в форме соленоида (фиг. 3) с длиной, значительно превосходящей диаметр, и обеспечивающий расчетную индукцию магнитного поля 6.55 мТл. Параметры электромагнитного зонда отражены в приведенной таблице.As an element for the delivery of
Разработанная конструкция электромагнитного зонда позволяет изучить баланс сил магнитного удержания - турбулентного отрыва для различных режимов функционирования и выявить параметры гарантированного удержания для определенного вида МНЧ.The developed design of the electromagnetic probe makes it possible to study the balance of magnetic confinement - turbulent separation forces for various operating modes and to identify the parameters of guaranteed confinement for a certain type of MNP.
Предусмотрены два принципиально разных способа доставки МНЧ, соответственно и два разных элемента доставки. Первый вариант (фиг. 1) предусматривает введение суспензии наночастиц при помощи шприца 8 и последующее накопление в зоне действия магнитного поля, создаваемого магнитом 2, расположенным вдоль оси стеклянной трубки. Второй вариант (фиг. 2) предусматривает введение наночастиц, удерживаемых на электромагнитном зонде 8, непосредственно в У-образную трубку в зоне ее прямого прохода по оси. Питание электромагнитного зонда 8 осуществляется от источника питания постоянного тока 9.There are two fundamentally different delivery methods for MNPs, respectively, and two different delivery elements. The first option (Fig. 1) involves the introduction of a suspension of nanoparticles using a
Объемный расход модельной жидкости в зоне эксперимента может изменяться в диапазоне от 40 до 80 л/час, что соответствует задаваемой мощности от 10 до 100% (фиг. 4).The volumetric flow rate of the model fluid in the experimental zone can vary in the range from 40 to 80 l / h, which corresponds to a preset power of 10 to 100% (Fig. 4).
В качестве модельной жидкости использовали дистиллированную воду.Distilled water was used as a model fluid.
Работа стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему в первом варианте (фиг. 1) осуществляется следующим образом.The work of the stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles to the vascular system in the first embodiment (Fig. 1) is as follows.
Модельная жидкость из накопительной емкости 4 при помощи помпы 5 подается в Y-образную трубку 1, куда при помощи шприца 8 вводится суспензия магнитных наночастиц. Удержание магнитных наночастиц в Y-образной трубке осуществляется при помощи магнита 2. Контроль процесса накопления магнитных наночастиц осуществляется регистратором 3. Измерение расхода модельной жидкости осуществляется при помощи расходомера 6, давления - датчика давления 7. Таким образом, можно имитировать магнитоуправляемую доставку лекарств, связанных с магнитными наночастицами, в локальные участки сосудистого русла. Примером таких участков могут служить конечности. В этом случае при доставке лекарственного вещества, например неотона (креотинфосфат, фосфокреатин) в конечности, можно осуществлять регенерацию мышечной ткани. В качестве магнита можно использовать смесевые магнитные термоэластопласты для изделий медицинского назначения [Кисель Л.О., Красовский В.Н.. Королев Д.В., Суворов К.А. Смесевые магнитные термоэластопласты (ТЭП) для изделий медицинского назначения // Каучук и резина. - 1999, №1. - С. 11-13].The model fluid from the
Работа стенда для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему во втором варианте (фиг. 2) осуществляется следующим образом.The work of the stand for studying the process of magnetically controlled delivery of nanoparticles to the vascular system in the second embodiment (Fig. 2) is as follows.
Модельная жидкость из накопительной емкости 4 при помощи помпы 5 подается в Y-образную трубку 1. Магнитные наночастицы вводятся внутрь Y-образной трубки при помощи электромагнита 8. Электромагнит питается от источника 9, позволяющего задавать различные значения силы тока и напряжения. Удержание магнитных наночастиц в Y-образной трубке, оторвавшихся от электромагнита 8, осуществляется при помощи магнита 2. Контроль процесса накопления магнитных наночастиц осуществляется регистратором 3. Измерение расхода модельной жидкости осуществляется при помощи расходомера 6, давления - датчика давления 7. Данная схема позволяет смоделировать процесс магнитоуправляемой доставки непосредственно в сосудистое русло при помощи средств доставки, аналогичных средствам доставки стентов, применяемых для стентирования коронарных артерий.A model fluid from the
ПРИМЕРEXAMPLE
Эксперимент по исследованию магнитоуправляемой доставки проводился для суспензии наночастиц магнетита размером 7-10 нм (фиг. 5) и удельной поверхностью, измеренной по упрощенному методу БЭТ на установке Клячко-Гурвича, 95 м2/г. Расчетная удельная поверхность наноматериала составляет 130 м2/г [Афонин М.В., Евреинова Н.В., Королев Д.В. и др. Исследование физических свойств и биодеградации наночастиц магнетита in vitro // Биотехносфера. - 2015. - №2(38). - С. 32-34]. Как видно из микрофотографии (фиг. 5), зародышеобразование будущих МНЧ начинается с образования гамма-окиси железа. Об этом свидетельствует ярко выраженная игольчатая форма наночастиц.An experiment on the study of magnetically controlled delivery was carried out for a suspension of magnetite nanoparticles with a size of 7-10 nm (Fig. 5) and specific surface area, measured by the simplified BET method at the Klyachko-Gurvich facility, 95 m 2 / g. The calculated specific surface area of the nanomaterial is 130 m 2 / g [Afonin M.V., Evreinova N.V., Korolev D.V. et al. Investigation of the physical properties and biodegradation of magnetite nanoparticles in vitro // Biotechnosphere. - 2015. - No. 2 (38). - S. 32-34]. As can be seen from the micrograph (Fig. 5), the nucleation of future MNPs begins with the formation of gamma-iron oxide. This is evidenced by the pronounced needle shape of the nanoparticles.
График магнитной восприимчивости, полученный на вибрационном магнитометре Lake Shore 7410 (Lake Shore Cryotronics Inc., USA) в воздушной среде при стандартной температуре, показан на фиг. 6. Отсутствие петли гистерезиса говорит о том, что исследованные образцы относятся к суперпарамагнетикам или к мягким ферромагнитным материалам с большой магнитной проницаемостью. Это совпадает с классическими представлениями о магнитных свойствах наноматериалов [Поздняков В.А. Физическое материаловедение наноструктурных материалов: Учеб. пособие. - М.: МГИУ, 2007. - 423 с.]. Варианты использования подобных МНЧ предложены авторами в Патенте на изобретение RU 2525430 C2. Носитель для лекарственных средств и биологически активных веществ для лечения и диагностики и способ его получения. / Королев Д.В., Афонин М.В., Галагудза М.М. и др., опубл. 10.08.2014, Бюл. №22.A plot of magnetic susceptibility obtained with a Lake Shore 7410 vibrating magnetometer (Lake Shore Cryotronics Inc., USA) in air at standard temperature is shown in FIG. 6. The absence of a hysteresis loop indicates that the samples studied belong to superparamagnets or to soft ferromagnetic materials with high magnetic permeability. This coincides with the classical ideas about the magnetic properties of nanomaterials [Pozdnyakov VA. Physical material science of nanostructured materials: Textbook. allowance. - M .: MGIU, 2007. - 423 p.]. Variants of using such MNPs are proposed by the authors in the Patent for invention RU 2525430 C2. Carrier for drugs and biologically active substances for the treatment and diagnosis and method for its preparation. / Korolev D.V., Afonin M.V., Galagudza M.M. et al., publ. 08/10/2014, Bull. Number 22.
Синтез наноматериала проводили следующим образом [Королев Д.В., Галагудза М.М., Афонин М.В. и др. Обоснование использования магнитных наночастиц для направленной доставки лекарственных препаратов в ишемизированную скелетную мышцу // Биотехносфера. - 2012. - 1(19). - С. 2-6]. К раствору, содержащему смесь сульфатов железа (II), железа (III) в мольном соотношении 2:1 и объемом 700 мл, при постоянном перемешивании со скоростью 4 мл/мин добавляли смесь 25% раствора гидроксида аммония и 1% раствора ацетата аммония. Таким образом, соотношение железа и ацетата аммония составляло 2:1:0,1. Синтез проводили до фиксации насыщенно черной окраски и установления значения pH=8-9. На следующий день полученный коллоидный продукт отделяли центрифугированием и промывали 4 раза дистиллированной водой. Для подготовки сухой пробы полученные МНЧ отфильтровывались и подвергались лиофильной сушке при температуре -48°C в течение 48 часов.The synthesis of nanomaterial was carried out as follows [Korolev D.V., Galagudza M.M., Afonin M.V. et al. Rationale for the use of magnetic nanoparticles for targeted delivery of drugs to ischemic skeletal muscle // Biotechnosphere. - 2012 .-- 1 (19). - S. 2-6]. To a solution containing a mixture of iron (II) sulfates, iron (III) in a molar ratio of 2: 1 and a volume of 700 ml, with constant stirring at a speed of 4 ml / min, a mixture of 25% solution of ammonium hydroxide and 1% solution of ammonium acetate was added. Thus, the ratio of iron to ammonium acetate was 2: 1: 0.1. The synthesis was carried out until a saturated black color was fixed and a pH value of 8–9 was established. The next day, the resulting colloidal product was separated by centrifugation and washed 4 times with distilled water. To prepare a dry sample, the obtained MNPs were filtered off and subjected to freeze drying at a temperature of -48 ° C for 48 hours.
Коллоидный раствор наночастиц в физиологическом растворе имел концентрацию МНЧ 2 мг/мл и приготовлялся на ультразвуковом диспергаторе УЗД-2 в течение 5 минут.A colloidal solution of nanoparticles in physiological saline had a concentration of MNP of 2 mg / ml and was prepared on an ultrasonic disperser UZD-2 for 5 minutes.
Исследование магнитоуправляемой доставки проводилось на заявленном стенде по варианту 1. Суспензия наночастиц в количестве 5 мл концентрацией 2 мг/мл в физиологическом растворе вводилась при помощи шприца в течение 10 с, как показано на фиг. 1. Скорость прокачки модельной жидкости составляла 80 л/ч (100% мощности). В качестве модельной жидкости использовалась дистиллированная вода. Удержание наночастиц из потока жидкости осуществлялось при помощи постоянного магнитного поля неодимового магнита класса N35 размером 30×20×10 мм.A study of magnetically controlled delivery was carried out on the claimed stand according to
Эксперимент показал, что в течение 5 минут из потока циркулирующей модельной жидкости 100% МНЧ оседают в зоне приложения магнитного поля (фиг. 7А). Таким образом, за время эксперимента при данном расходе модельной жидкости в трубке накопилось 10 мг наночастиц магнитного материала. Преимущественное накопление МНЧ наблюдалось на концах постоянного магнита. Такое их поведение вполне объяснимо в сопоставлении с топографией магнитного поля постоянного магнита (фиг. 7Б).The experiment showed that within 5 minutes from the flow of the circulating model fluid, 100% MNPs settle in the area of application of the magnetic field (Fig. 7A). Thus, during the experiment, at a given flow rate of the model fluid, 10 mg of nanoparticles of magnetic material accumulated in the tube. The predominant accumulation of MNPs was observed at the ends of the permanent magnet. Such their behavior is understandable in comparison with the topography of the magnetic field of a permanent magnet (Fig. 7B).
Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет изучать процесс магнитоуправляемой доставки МНЧ in vitro в зависимости от объемного расхода, солевого состава и вязкости модельной жидкости.Thus, the proposed group of inventions allows us to study the process of magnetically controlled delivery of MNPs in vitro, depending on the volumetric flow rate, salt composition and viscosity of the model fluid.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142268A RU2619854C2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Stand for research of process of magnetocontrollable nanoparticle delivery into vascular system (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142268A RU2619854C2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Stand for research of process of magnetocontrollable nanoparticle delivery into vascular system (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015142268A RU2015142268A (en) | 2017-04-11 |
RU2619854C2 true RU2619854C2 (en) | 2017-05-18 |
Family
ID=58641639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015142268A RU2619854C2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Stand for research of process of magnetocontrollable nanoparticle delivery into vascular system (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2619854C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694509C1 (en) * | 2018-09-07 | 2019-07-15 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Hydrodynamic test bench for examination of vascular wall permeability for magnetic nanoparticles under action of external magnetic field |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU212458A1 (en) * | Самосто тельное конструкторско технологическое бюро биологического | DEVICE A.K. KRASNOPEBTSEVA FOR MODELING | ||
SU939013A1 (en) * | 1980-02-05 | 1982-06-30 | Войсковая Часть 64688 | Device for simulating hemodynamic effects in blood circulation system |
RU2285265C2 (en) * | 2000-10-19 | 2006-10-10 | Тиботек Бвба | Method and device for manipulating micro-carriers for their identification |
-
2015
- 2015-10-05 RU RU2015142268A patent/RU2619854C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU212458A1 (en) * | Самосто тельное конструкторско технологическое бюро биологического | DEVICE A.K. KRASNOPEBTSEVA FOR MODELING | ||
SU939013A1 (en) * | 1980-02-05 | 1982-06-30 | Войсковая Часть 64688 | Device for simulating hemodynamic effects in blood circulation system |
RU2285265C2 (en) * | 2000-10-19 | 2006-10-10 | Тиботек Бвба | Method and device for manipulating micro-carriers for their identification |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
GALAGUDZA М., KOROLEV D., POSTNOV V. et al. Passive targeting of ischemic-reperfused myocardium with adenosine-loaded silica nanoparticles, Int J Nanomedicine, 2012, N7, p.1671-1678. * |
GALAGUDZA М., KOROLEV D., POSTNOV V. et al. Passive targeting of ischemic-reperfused myocardium with adenosine-loaded silica nanoparticles, Int J Nanomedicine, 2012, N7, p.1671-1678. ZHANG Y., LI W., OU L. et al. Targeted delivery of human VEGF gene via complexes of magnetic nanoparticle-adenoviral vectors enhanced cardiac regeneration, PLoS One., 26.07.2012, vol. 7(7). * |
ZHANG Y., LI W., OU L. et al. Targeted delivery of human VEGF gene via complexes of magnetic nanoparticle-adenoviral vectors enhanced cardiac regeneration, PLoS One., 26.07.2012, vol. 7(7). * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694509C1 (en) * | 2018-09-07 | 2019-07-15 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Hydrodynamic test bench for examination of vascular wall permeability for magnetic nanoparticles under action of external magnetic field |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015142268A (en) | 2017-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Song et al. | Janus iron oxides@ semiconducting polymer nanoparticle tracer for cell tracking by magnetic particle imaging | |
Wang et al. | Endoscopy-assisted magnetic navigation of biohybrid soft microrobots with rapid endoluminal delivery and imaging | |
Wang et al. | Artificially engineered cubic iron oxide nanoparticle as a high-performance magnetic particle imaging tracer for stem cell tracking | |
Mondal et al. | Magnetic hydroxyapatite: a promising multifunctional platform for nanomedicine application | |
Dadfar et al. | Iron oxide nanoparticles: Diagnostic, therapeutic and theranostic applications | |
Mai et al. | Nanosystems based on magnetic nanoparticles and thermo-or pH-responsive polymers: an update and future perspectives | |
Cabrera et al. | Dynamical magnetic response of iron oxide nanoparticles inside live cells | |
Shabestari Khiabani et al. | Magnetic nanoparticles: preparation methods, applications in cancer diagnosis and cancer therapy | |
Felton et al. | Magnetic nanoparticles as contrast agents in biomedical imaging: recent advances in iron-and manganese-based magnetic nanoparticles | |
Samal et al. | Biomimetic magnetic silk scaffolds | |
Lee et al. | Preliminary study on alginate/NIPAM hydrogel-based soft microrobot for controlled drug delivery using electromagnetic actuation and near-infrared stimulus | |
Mauri et al. | MnO nanoparticles embedded in functional polymers as T 1 contrast agents for magnetic resonance imaging | |
Das et al. | Carbon nanodots doped super-paramagnetic iron oxide nanoparticles for multimodal bioimaging and osteochondral tissue regeneration via external magnetic actuation | |
Wen et al. | Nano-assembly of bovine serum albumin driven by rare-earth-ion (Gd) biomineralization for highly efficient photodynamic therapy and tumor imaging | |
Yoon et al. | Fabrication of multifunctional layer-by-layer nanocapsules toward the design of theragnostic nanoplatform | |
Silva et al. | Medical applications of iron oxide nanoparticles | |
Antonelli et al. | Red blood cells as carriers of iron oxide-based contrast agents for diagnostic applications | |
Gonçalves et al. | Magnetic responsive cell-based strategies for diagnostics and therapeutics | |
Tran et al. | Fattigation-platform theranostic nanoparticles for cancer therapy | |
Liu et al. | Gadolinium-doped hydroxyapatite nanorods as T1 contrast agents and drug carriers for breast cancer therapy | |
Szuplewska et al. | Magnetic field-assisted selective delivery of doxorubicin to cancer cells using magnetoliposomes as drug nanocarriers | |
WO2013110828A1 (en) | Superparamagnetic nanoparticles as a contrast agent for magnetic resonance imaging (mri) of magnetic susceptibility (t2*) | |
Apu et al. | Biomedical applications of multifunctional magnetoelectric nanoparticles | |
Garello et al. | Micro/nanosystems for magnetic targeted delivery of bioagents | |
Low et al. | Stimuli-controllable iron oxide nanoparticle assemblies: Design, manipulation and bio-applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181006 |