22644

درمان سرطان به روش مگنتوپلاسمونيك با استفاده از نانوذرات اكسيد آهن با روكش TMD

كارشناسي ارشد

حالت جامد و ماده چگال

1399/6/21

دكتر مهدي اسماعيل زاده

فيزيك

توسعه دانش نانو و استفاده از مواد در مقياس نانو، به¬¬ويژه نانوذرات مغناطيسي به دليل خواص فيزيكي و شيميايي خاص، در حال حاضر يك موضوع برجسته در مباحث تشخيص و درمان سرطان مي¬باشد. هايپرترمي مغناطيسي به عنوان يك درمان مكمل براي پرتودرماني و شيمي درماني استفاده مي¬شود و حتي در برخي موارد مي¬تواند به تنهايي يك روش درماني محسوب ¬گردد. سلول‌هاي تومور سرطاني در دماي بالا در محدوده 42-45 درجه سانتيگراد از بين مي‌روند. تركيب آنتي بادي¬ها با سطح نانوذرات باعث مي¬شود نانوذرات بصورت هدفمند در بافت مورد نظر قرار بگيرند. در روش هايپرترمي مغناطيسي ، نانوذرات بعد از تجمع در بافت تومور، با تابش ليزر و اعمال يك ميدان مغناطيسي متناوت خارجي انرژي لازم را دريافت و توليد گرما مي‌كنند. در اين پژوهش درمان سرطان مغز به روش هايپرترمي مغناطيسي با استفاده از نانو ذرات متشكل از هسته Fe3O4 با روكش آلياژ طلا و نقره و پوشش مواد دو بعدي ديكالكوژنيد فلزات واسـطه (TMD) مورد مطالعه و بررسي قرار مي گيرد. خواص نوري اين ذرات در داخل تومور از جمله ضريب نابودي و پيك پلاسمون سطحي با توجه به اندازه و ساختار نانو ذرات براي بررسي توزيع دمايي در بافت مغز مورد ارزيابي قرار مي گيرد. نتايج اين مطالعه حاكي از آن است كه نانوذرات با تركيب آلياژي Fe_3 O_4-〖Au〗_0.25 〖Ag〗_0.75@TMD و ضخامت 1 نانومتريِ آلياژ طلا-نقره داراي بهترين ضريب نابودي و پيك پلاسمون سطحي در پنجره بيولوژيك مي‌باشند. آلياژ طلا-نقره باعث بهبود ضريب نابودي و در عين حال از تجمع نانوذرات مغناطيسي جلوگيري مي¬كند. از آنجايي كه آلياژ طلا-نقره به تنهايي نمي¬تواند در گستره پنجره¬هاي بيولوژيكي قرار بگيرد؛‌ از موادTMD كه باعث افزايش راندمان نابودي در طول موج‌هاي بالاتر مي شوند، استفاده شده است. بهترين راندمان نابودي و پيك پلاسمون سطحي در تومور براي 〖WS〗_2 مشاهده مي شود؛ اما با توجه به زيست سازگاري بيشتر 〖MoS〗_2 نسبت به همتايان خود و همچنين راندمان نابودي و پيك پلاسمون سطحي قابل قبول؛ اين ماده براي بررسي بيشتر انتخاب شده است. بررسي توزيع دمايي در تومور با استفاده از تركيب آلياژي پيشنهاد شده حاكي از آن است كه پس از گذشت زمان كوتاهي از شروع تابش ليزر، دماي تومور به دماي مطلوب (45 درجه) مي¬رسد. همچنين توزيع دمايي در تومور به گونه¬اي است كه مركز تومور داراي بيشترين دما بوده و از مركز تومور به بيرون، دما به صورت شعاعي كاهش مي يابد. استفاده از روش هايپرترمي مغناطيسي اين امكان را به ما مي¬دهد كه دسترسي به بافت¬هاي عميق را براي درمان هدفمند تومور هاي بدخيم مغزي را داشته باشيم؛ در نتيجه اين روش نسبت به روش فتوترمال كارآمدي بالاتري خواهد دارد .

1399/09/08

Treatment of cancer with magneto-plasmonic method using Iron Oxide nanoparticles coated with TMD

9/11/2020 12:00:00 AM

The development of nanoscience and application of magnetic nanoparticles due to their distinctive physical and chemical properties is currently a prominent subject in cancer diagnosis and treatment. Magnetic hyperthermia is used as an adjunct therapy to radiation therapy and chemotherapy; while in some cases can be utilized as a sole treatment method. Cancer tumor cells die at high temperatures in the range of 42-45° C. The combination of antibodies with the surface of the nanoparticles as carriers can deliver nanoparticles to the target tissue. In magnetic hyperthermia, following aggregation of nanoparticles in the tumor tissue, they can generate heat after receiving energy via a laser or an AC magnetic field. In this study, the treatment of brain tumors using magnetic hyperthermia with nanoparticles consisting of Fe3O4 core coated with gold and silver alloy as the first shell and two-dimensional transition metal dichalcogenides materials (TMDs) as the second shell is investigated. The optical properties of these particles inside the tumor, including the extinction coefficient and the Surface plasmon resonance (SPR) regarding the size and structure of nanoparticles, is evaluated to analyze the temperature distribution in the brain tissue. The results of this study indicate that Fe_3 O_4-〖Au〗_0.25 〖Ag〗_0.75@TMD composition with 1nm shell thickness of gold-silver alloy presents the optimal extinction coefficient and SPR in the biological window. Though gold-silver alloy can improve the extinction coefficient while preventing aggregation of nanoparticles; however their optical properties can’t occur in biological windows, so TMD materials have been adopted in this research, which can increase the extinction efficiency at higher wavelengths. The best extinction efficiency and SPR are observed for 〖WS〗_2 in the tumor; But 〖MoS〗_2 is suggested for further study due to its biocompatibility as well as with the acceptable extinction efficiency and SPR. Examination of the temperature distribution in the tumor using the proposed alloy composition indicates that after a short time of laser induction, the tumor temperature reaches 45 degrees; in which tumor core has the highest temperature, and it decreases radially. Magnetic hyperthermia enables deep tissues access to malignant brain tumors; which makes this method more efficient than the photothermal therapy.