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साइटोस्टैटिक्स की लक्षित डिलीवरी के लिए चुंबकीय आयरन ऑक्साइड नैनोकणों की गति को नियंत्रित करें।
लेखक तोरोपोवा वाई, कोरोलेव डी, इस्तोमिना एम, शुल्मिस्टर जी, पेटुखोव ए, मिशानिन वी, गोर्शकोव ए, पोडयाचेवा ई, गैरीव के, बगरोव ए, डेमिडोव ओ
याना तोरोपोवा,1 दिमित्री कोरोलेव,1 मारिया इस्टोमिना,1,2 गैलिना शुलमेस्टर,1 एलेक्सी पेटुखोव,1,3 व्लादिमीर मिशानिन,1 आंद्रेई गोर्शकोव,4 एकातेरिना पोद्याचेवा,1 कामिल गैरीव,2 एलेक्सी बाग्रोव,5 ओलेग डेमिडोव6,71 रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय का अल्माज़ोव राष्ट्रीय चिकित्सा अनुसंधान केंद्र, सेंट पीटर्सबर्ग, 197341, रूसी संघ; 2 सेंट पीटर्सबर्ग इलेक्ट्रोटेक्निकल यूनिवर्सिटी "एलईटीआई", सेंट पीटर्सबर्ग, 197376, रूसी संघ; 3 व्यक्तिगत चिकित्सा केंद्र, अल्माज़ोव राज्य चिकित्सा अनुसंधान केंद्र, रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय, सेंट पीटर्सबर्ग, 197341, रूसी संघ; 4 एफएसबीआई "ए.ए. स्मोरोडिंटसेव के नाम पर इन्फ्लुएंजा अनुसंधान संस्थान" रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय, सेंट पीटर्सबर्ग, रूसी संघ; 5 सेचेनोव इंस्टीट्यूट ऑफ इवोल्यूशनरी फिजियोलॉजी एंड बायोकेमिस्ट्री, रूसी विज्ञान अकादमी, सेंट पीटर्सबर्ग, रूसी संघ; 6 आरएएस इंस्टीट्यूट ऑफ साइटोलॉजी, सेंट पीटर्सबर्ग, 194064, रूसी संघ; 7 INSERM U1231, चिकित्सा और फार्मेसी संकाय, बॉर्गोग्ने-फ्रांश कॉम्टे विश्वविद्यालय, डिजॉन, फ्रांस। संचार: याना तोरोपोवा, अल्माज़ोव राष्ट्रीय चिकित्सा अनुसंधान केंद्र, रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय, सेंट पीटर्सबर्ग, 197341, रूसी संघ। दूरभाष: +7 981 95264800 4997069 ईमेल: [email protected] पृष्ठभूमि: साइटोस्टैटिक विषाक्तता की समस्या का एक आशाजनक समाधान लक्षित दवा वितरण के लिए चुंबकीय नैनोकणों (एमएनपी) का उपयोग है। उद्देश्य: इन विवो में एमएनपी को नियंत्रित करने वाले चुंबकीय क्षेत्र की सर्वोत्तम विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए गणनाओं का उपयोग करना, और इन विट्रो और इन विवो में माउस ट्यूमर में एमएनपी के मैग्नेट्रॉन वितरण की दक्षता का मूल्यांकन करना। (एमएनपी-आईसीजी) का उपयोग किया गया। ट्यूमर से ग्रस्त चूहों में, रुचि के स्थान पर चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति और अनुपस्थिति में, इन विवो ल्यूमिनेसेंस तीव्रता अध्ययन किए गए। ये अध्ययन रूसी स्वास्थ्य मंत्रालय के अल्माज़ोव राज्य चिकित्सा अनुसंधान केंद्र के प्रायोगिक चिकित्सा संस्थान द्वारा विकसित एक हाइड्रोडायनामिक मचान पर किए गए। परिणाम: नियोडिमियम चुम्बकों के उपयोग से एमएनपी का चयनात्मक संचय हुआ। ट्यूमर से ग्रस्त चूहों को एमएनपी-आईसीजी देने के एक मिनट बाद, एमएनपी-आईसीजी मुख्य रूप से यकृत में जमा हो गया। चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति और उपस्थिति में, यह इसके चयापचय मार्ग को इंगित करता है। यद्यपि चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में ट्यूमर में प्रतिदीप्ति में वृद्धि देखी गई, लेकिन पशु के यकृत में प्रतिदीप्ति की तीव्रता समय के साथ नहीं बदली। निष्कर्ष: इस प्रकार का एमएनपी, परिकलित चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति के साथ मिलकर, ट्यूमर ऊतकों में साइटोस्टैटिक दवाओं के चुंबकीय रूप से नियंत्रित वितरण के विकास का आधार बन सकता है। मुख्य शब्द: प्रतिदीप्ति विश्लेषण, इंडोसायनिन, लौह ऑक्साइड नैनोकण, साइटोस्टैटिक्स का मैग्नेट्रॉन वितरण, ट्यूमर लक्ष्यीकरण
ट्यूमर रोग विश्व स्तर पर मृत्यु के प्रमुख कारणों में से एक हैं। साथ ही, ट्यूमर रोगों से होने वाली रुग्णता और मृत्यु दर में लगातार वृद्धि जारी है।¹ आज भी कीमोथेरेपी विभिन्न ट्यूमरों के उपचार के मुख्य तरीकों में से एक है। इसके साथ ही, साइटोस्टैटिक्स की प्रणालीगत विषाक्तता को कम करने के तरीकों का विकास अभी भी प्रासंगिक है। इसकी विषाक्तता की समस्या को हल करने का एक आशाजनक तरीका नैनो-स्केल वाहकों का उपयोग करके दवा वितरण विधियों को लक्षित करना है, जो स्वस्थ अंगों और ऊतकों में दवाओं की सांद्रता बढ़ाए बिना ट्यूमर ऊतकों में दवाओं का स्थानीय संचय सुनिश्चित कर सकता है।² यह विधि ट्यूमर ऊतकों पर कीमोथेरेपी दवाओं की दक्षता और लक्ष्यीकरण में सुधार करना संभव बनाती है, साथ ही उनकी प्रणालीगत विषाक्तता को भी कम करती है।
साइटोस्टैटिक एजेंटों की लक्षित डिलीवरी के लिए विचार किए जाने वाले विभिन्न नैनोकणों में, चुंबकीय नैनोकण (एमएनपी) अपनी अनूठी रासायनिक, जैविक और चुंबकीय विशेषताओं के कारण विशेष रुचि रखते हैं, जो उनकी बहुमुखी प्रतिभा सुनिश्चित करते हैं। इसलिए, चुंबकीय नैनोकणों का उपयोग हाइपरथर्मिया (चुंबकीय हाइपरथर्मिया) द्वारा ट्यूमर के उपचार के लिए हीटिंग सिस्टम के रूप में किया जा सकता है। इनका उपयोग नैदानिक ​​एजेंटों (चुंबकीय अनुनाद निदान) के रूप में भी किया जा सकता है। 3-5 इन विशेषताओं का उपयोग करते हुए, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के उपयोग के माध्यम से एक विशिष्ट क्षेत्र में एमएनपी संचय की संभावना के साथ, लक्षित औषधीय तैयारियों की डिलीवरी ट्यूमर स्थल पर साइटोस्टैटिक्स को लक्षित करने के लिए एक बहुक्रियात्मक मैग्नेट्रॉन प्रणाली के निर्माण की संभावनाओं को खोलती है। ऐसी प्रणाली में एमएनपी और शरीर में उनकी गति को नियंत्रित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र शामिल होंगे। इस मामले में, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र और ट्यूमर वाले शरीर क्षेत्र में रखे गए चुंबकीय प्रत्यारोपण दोनों का उपयोग चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत के रूप में किया जा सकता है। 6 पहली विधि में गंभीर कमियां हैं, जिनमें दवाओं के चुंबकीय लक्ष्यीकरण के लिए विशेष उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता और सर्जरी करने के लिए कर्मियों को प्रशिक्षित करने की आवश्यकता शामिल है। इसके अलावा, यह विधि अत्यधिक लागत से सीमित है और केवल शरीर की सतह के निकट स्थित "सतही" ट्यूमर के लिए ही उपयुक्त है। चुंबकीय प्रत्यारोपण का उपयोग करने की वैकल्पिक विधि इस तकनीक के अनुप्रयोग के दायरे को बढ़ाती है, जिससे शरीर के विभिन्न भागों में स्थित ट्यूमर पर इसका उपयोग आसान हो जाता है। खोखले अंगों में ट्यूमर क्षति के लिए प्रत्यारोपण के रूप में व्यक्तिगत चुंबक और इंट्रा luminal स्टेंट में एकीकृत चुंबक दोनों का उपयोग किया जा सकता है ताकि उनकी कार्यक्षमता सुनिश्चित हो सके। हालांकि, हमारे अपने अप्रकाशित शोध के अनुसार, ये रक्तप्रवाह से MNP को रोकने के लिए पर्याप्त रूप से चुंबकीय नहीं हैं।
मैग्नेट्रॉन द्वारा दवा पहुंचाने की प्रभावशीलता कई कारकों पर निर्भर करती है: चुंबकीय वाहक की विशेषताएं और चुंबकीय क्षेत्र स्रोत की विशेषताएं (स्थायी चुम्बकों के ज्यामितीय मापदंड और उनके द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति सहित)। सफल चुंबकीय निर्देशित कोशिका अवरोधक वितरण तकनीक के विकास में उपयुक्त चुंबकीय नैनोस्केल दवा वाहकों का विकास, उनकी सुरक्षा का आकलन और शरीर में उनकी गतिविधियों पर नज़र रखने के लिए एक दृश्यीकरण प्रोटोकॉल का विकास शामिल होना चाहिए।
इस अध्ययन में, हमने शरीर में चुंबकीय नैनो-स्केल ड्रग कैरियर को नियंत्रित करने के लिए इष्टतम चुंबकीय क्षेत्र विशेषताओं की गणितीय गणना की। इन गणनात्मक विशेषताओं के साथ लागू चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में रक्त वाहिका की दीवार के माध्यम से एमएनपी को बनाए रखने की संभावना का अध्ययन पृथक चूहे की रक्त वाहिकाओं में भी किया गया। इसके अतिरिक्त, हमने एमएनपी और फ्लोरोसेंट एजेंटों के संयुग्मों का संश्लेषण किया और इन विवो में उनके दृश्यीकरण के लिए एक प्रोटोकॉल विकसित किया। इन विवो परिस्थितियों में, ट्यूमर मॉडल चूहों में, चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में प्रणालीगत रूप से प्रशासित किए जाने पर ट्यूमर ऊतकों में एमएनपी की संचय दक्षता का अध्ययन किया गया।
इन विट्रो अध्ययन में, हमने संदर्भ एमएनपी का उपयोग किया, और इन विवो अध्ययन में, हमने फ्लोरोसेंट एजेंट (इंडोलेसायनिन; आईसीजी) युक्त लैक्टिक एसिड पॉलिएस्टर (पॉलीलैक्टिक एसिड, पीएलए) से लेपित एमएनपी का उपयोग किया। एमएनपी-आईसीजी को इस मामले में (एमएनपी-पीएलए-ईडीए-आईसीजी) के रूप में शामिल किया गया है।
एमएनपी के संश्लेषण और भौतिक एवं रासायनिक गुणों का विस्तृत वर्णन अन्यत्र किया जा चुका है। 7,8
एमएनपी-आईसीजी के संश्लेषण के लिए, सबसे पहले पीएलए-आईसीजी संयुग्मों का उत्पादन किया गया। इसके लिए 60 केडीए आणविक भार वाले पीएलए-डी और पीएलए-एल के पाउडर रेसेमिक मिश्रण का उपयोग किया गया।
क्योंकि PLA और ICG दोनों अम्ल हैं, इसलिए PLA-ICG संयुग्मों के संश्लेषण के लिए, सबसे पहले PLA पर एक अमीनो-टर्मिनेटेड स्पेसर का संश्लेषण करना आवश्यक है, जो ICG को स्पेसर से रासायनिक रूप से जुड़ने में मदद करता है। स्पेसर का संश्लेषण एथिलीन डायमाइन (EDA), कार्बोडाइमाइड विधि और जल-घुलनशील कार्बोडाइमाइड, 1-एथिल-3-(3-डाइमिथाइलएमिनोप्रोपाइल) कार्बोडाइमाइड (EDAC) का उपयोग करके किया गया। PLA-EDA स्पेसर का संश्लेषण इस प्रकार किया जाता है: 0.1 g/mL PLA क्लोरोफॉर्म विलयन के 2 mL में EDA की 20 गुना अधिक मात्रा और EDAC की 20 गुना अधिक मात्रा मिलाएँ। संश्लेषण प्रक्रिया 15 mL पॉलीप्रोपाइलीन टेस्ट ट्यूब में 300 min⁻¹ की गति से शेकर पर 2 घंटे तक की गई। संश्लेषण योजना चित्र 1 में दर्शाई गई है। संश्लेषण योजना को अनुकूलित करने के लिए अभिकर्मकों की 200 गुना अधिक मात्रा के साथ संश्लेषण को दोहराएँ।
संश्लेषण के अंत में, अतिरिक्त अवक्षेपित पॉलीइथिलीन व्युत्पन्नों को हटाने के लिए विलयन को 3000 मिनट⁻¹ की गति से 5 मिनट तक सेंट्रीफ्यूज किया गया। फिर, 2 मिलीलीटर विलयन में डाइमिथाइल सल्फोक्साइड (डीएमएसओ) में 0.5 मिलीग्राम/मिलीलीटर आईसीजी विलयन का 2 मिलीलीटर मिलाया गया। एजिटेटर को 300 मिनट⁻¹ की गति से 2 घंटे तक हिलाया गया। प्राप्त संयुग्म का योजनाबद्ध आरेख चित्र 2 में दर्शाया गया है।
200 मिलीग्राम एमएनपी में, हमने 4 मिलीलीटर पीएलए-ईडीए-आईसीजी संयुग्म मिलाया। निलंबन को 30 मिनट तक 300 मिनट की आवृत्ति पर हिलाने के लिए एलएस-220 शेकर (एलओआईपी, रूस) का उपयोग किया गया। फिर, इसे तीन बार आइसोप्रोपेनॉल से धोया गया और चुंबकीय पृथक्करण किया गया। निरंतर अल्ट्रासोनिक क्रिया के तहत 5-10 मिनट के लिए निलंबन में आईपीए मिलाने के लिए यूजेडडी-2 अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर (एफएसयूई एनआईआई टीवीसीएच, रूस) का उपयोग किया गया। तीसरे आईपीए से धोने के बाद, अवक्षेप को आसुत जल से धोया गया और 2 मिलीग्राम/मिलीलीटर की सांद्रता पर शारीरिक खारे पानी में पुनः निलंबित किया गया।
जलीय विलयन में प्राप्त एमएनपी के आकार वितरण का अध्ययन करने के लिए ज़ेटासाइज़र अल्ट्रा उपकरण (मालवर्न इंस्ट्रूमेंट्स, यूके) का उपयोग किया गया। एमएनपी के आकार और आकृति का अध्ययन करने के लिए जेईएम-1400 एसटीईएम फील्ड एमिशन कैथोड (जेईओएल, जापान) युक्त ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) का उपयोग किया गया।
इस अध्ययन में, हम बेलनाकार स्थायी चुम्बकों (एन35 ग्रेड; निकल सुरक्षात्मक कोटिंग के साथ) और निम्नलिखित मानक आकारों (लंबी अक्ष की लंबाई × सिलेंडर का व्यास) का उपयोग करते हैं: 0.5×2 मिमी, 2×2 मिमी, 3×2 मिमी और 5×2 मिमी।
रूसी स्वास्थ्य मंत्रालय के अल्माज़ोव राज्य चिकित्सा अनुसंधान केंद्र के प्रायोगिक चिकित्सा संस्थान द्वारा विकसित एक हाइड्रोडायनामिक मचान पर मॉडल प्रणाली में एमएनपी परिवहन का इन विट्रो अध्ययन किया गया। परिसंचारी द्रव (आसुत जल या क्रेब्स-हेंसेलीट विलयन) का आयतन 225 मिलीलीटर है। अक्षीय रूप से चुम्बकित बेलनाकार चुम्बकों का उपयोग स्थायी चुम्बकों के रूप में किया जाता है। चुम्बक को केंद्रीय कांच की नली की भीतरी दीवार से 1.5 मिमी दूर एक धारक पर रखें, जिसका सिरा नली की दिशा (ऊर्ध्वाधर) की ओर हो। बंद परिपथ में द्रव प्रवाह दर 60 लीटर/घंटा है (जो 0.225 मीटर/सेकंड के रैखिक वेग के बराबर है)। क्रेब्स-हेंसेलीट विलयन का उपयोग परिसंचारी द्रव के रूप में किया जाता है क्योंकि यह प्लाज्मा का अनुरूप है। प्लाज्मा का गतिशील श्यानता गुणांक 1.1–1.3 एमपीए∙सेकंड है। 9. चुंबकीय क्षेत्र में अवशोषित एमएनपी की मात्रा को प्रयोग के बाद परिसंचारी तरल में लोहे की सांद्रता से स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री द्वारा निर्धारित किया जाता है।
इसके अतिरिक्त, रक्त वाहिकाओं की सापेक्ष पारगम्यता निर्धारित करने के लिए उन्नत द्रव यांत्रिकी तालिका पर प्रायोगिक अध्ययन किए गए हैं। हाइड्रोडायनामिक सपोर्ट के मुख्य घटक चित्र 3 में दिखाए गए हैं। हाइड्रोडायनामिक स्टेंट के मुख्य घटक एक बंद लूप हैं जो मॉडल संवहनी प्रणाली के अनुप्रस्थ काट का अनुकरण करते हैं और एक भंडारण टैंक है। रक्त वाहिका मॉड्यूल की आकृति के अनुदिश मॉडल द्रव की गति पेरिस्टाल्टिक पंप द्वारा प्रदान की जाती है। प्रयोग के दौरान, वाष्पीकरण और आवश्यक तापमान सीमा को बनाए रखें और सिस्टम मापदंडों (तापमान, दबाव, द्रव प्रवाह दर और पीएच मान) की निगरानी करें।
चित्र 3 कैरोटिड धमनी की दीवार की पारगम्यता का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सेटअप का ब्लॉक आरेख। 1- भंडारण टैंक, 2- पेरिस्टाल्टिक पंप, 3- लूप में एमएनपी युक्त सस्पेंशन डालने का तंत्र, 4- प्रवाह मीटर, 5- लूप में दबाव सेंसर, 6- ऊष्मा विनिमयकर्ता, 7- कंटेनर वाला कक्ष, 8- चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत, 9- हाइड्रोकार्बन युक्त गुब्बारा।
कंटेनर वाले कक्ष में तीन कंटेनर होते हैं: एक बाहरी बड़ा कंटेनर और दो छोटे कंटेनर, जिनसे होकर केंद्रीय परिपथ की भुजाएँ गुजरती हैं। कैनुला को छोटे कंटेनर में डाला जाता है, कंटेनर को छोटे कंटेनर पर बांधा जाता है, और कैनुला के सिरे को एक पतले तार से कसकर बांधा जाता है। बड़े कंटेनर और छोटे कंटेनर के बीच का स्थान आसुत जल से भरा होता है, और ऊष्मा विनिमय यंत्र से जुड़ाव के कारण तापमान स्थिर रहता है। रक्त वाहिका कोशिकाओं की जीवन क्षमता बनाए रखने के लिए छोटे कंटेनर में क्रेब्स-हेंसेलीट विलयन भरा होता है। टैंक भी क्रेब्स-हेंसेलीट विलयन से भरा होता है। गैस (कार्बन) आपूर्ति प्रणाली का उपयोग भंडारण टैंक और कंटेनर वाले कक्ष में छोटे कंटेनर में मौजूद विलयन को वाष्पीकृत करने के लिए किया जाता है (चित्र 4)।
चित्र 4 वह कक्ष जहाँ पात्र रखा जाता है। 1- रक्त वाहिकाओं को नीचे उतारने के लिए कैनुला, 2- बाहरी कक्ष, 3- छोटा कक्ष। तीर मॉडल द्रव की दिशा को दर्शाता है।
रक्त वाहिका की दीवार के सापेक्ष पारगम्यता सूचकांक को निर्धारित करने के लिए, चूहे की कैरोटिड धमनी का उपयोग किया गया था।
सिस्टम में एमएनपी सस्पेंशन (0.5 मिलीलीटर) डालने की प्रक्रिया में निम्नलिखित विशेषताएं हैं: टैंक और लूप में कनेक्टिंग पाइप का कुल आंतरिक आयतन 20 मिलीलीटर है, और प्रत्येक चैम्बर का आंतरिक आयतन 120 मिलीलीटर है। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत 2 × 3 मिमी के मानक आकार का एक स्थायी चुंबक है। इसे छोटे चैम्बरों में से एक के ऊपर, कंटेनर से 1 सेमी की दूरी पर, एक सिरे को कंटेनर की दीवार की ओर करके स्थापित किया गया है। तापमान 37°C पर स्थिर रखा गया है। रोलर पंप की शक्ति 50% पर सेट की गई है, जो 17 सेमी/सेकंड की गति के बराबर है। नियंत्रण के रूप में, स्थायी चुंबक रहित सेल में नमूने लिए गए।
एमएनपी की एक निश्चित सांद्रता देने के एक घंटे बाद, चैम्बर से एक तरल नमूना लिया गया। कण सांद्रता को यूनीको 2802एस यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (यूनाइटेड प्रोडक्ट्स एंड इंस्ट्रूमेंट्स, यूएसए) का उपयोग करके मापा गया। एमएनपी सस्पेंशन के अवशोषण स्पेक्ट्रम को ध्यान में रखते हुए, माप 450 एनएम पर किया गया।
रूस-एलएएसए-एफईएलएएसए दिशानिर्देशों के अनुसार, सभी पशुओं का पालन-पोषण विशिष्ट रोगजनक-मुक्त सुविधाओं में किया गया। यह अध्ययन पशु प्रयोगों और अनुसंधान के लिए सभी प्रासंगिक नैतिक नियमों का अनुपालन करता है और इसे अल्माज़ोव राष्ट्रीय चिकित्सा अनुसंधान केंद्र (आईएसीयूसी) से नैतिक स्वीकृति प्राप्त है। पशुओं को इच्छानुसार पानी दिया गया और उन्हें नियमित रूप से भोजन कराया गया।
यह अध्ययन 10 बेहोश किए गए 12 सप्ताह के नर प्रतिरक्षाहीन एनएसजी चूहों (एनओडी.सीजी-प्रर्कडीसीसिड आईएल2आरजीटीएम1डब्ल्यूजेएल/एसजेडजे, जैक्सन लेबोरेटरी, यूएसए) पर किया गया, जिनका वजन 22 ग्राम ± 10% था। चूंकि प्रतिरक्षाहीन चूहों की प्रतिरक्षा प्रणाली कमजोर होती है, इसलिए इस नस्ल के प्रतिरक्षाहीन चूहों में मानव कोशिकाओं और ऊतकों का प्रत्यारोपण बिना अस्वीकृति के किया जा सकता है। विभिन्न पिंजरों से एक ही कूड़े के चूहों को यादृच्छिक रूप से प्रायोगिक समूह में रखा गया और उन्हें एक साथ पाला गया या व्यवस्थित रूप से अन्य समूहों के बिस्तरों के संपर्क में लाया गया ताकि सामान्य सूक्ष्मजीवों के साथ समान संपर्क सुनिश्चित हो सके।
हीला मानव कैंसर कोशिका लाइन का उपयोग ज़ेनोग्राफ़्ट मॉडल स्थापित करने के लिए किया गया था। कोशिकाओं को ग्लूटामिन युक्त डीएमईएम (पैनइको, रूस) में संवर्धित किया गया था, जिसमें 10% भ्रूण बोवाइन सीरम (हाइक्लोन, यूएसए), 100 सीएफयू/एमएल पेनिसिलिन और 100 μg/एमएल स्ट्रेप्टोमाइसिन मिलाया गया था। यह कोशिका लाइन रूसी विज्ञान अकादमी के कोशिका अनुसंधान संस्थान की जीन अभिव्यक्ति विनियमन प्रयोगशाला द्वारा प्रदान की गई थी। इंजेक्शन से पहले, हीला कोशिकाओं को 1:1 ट्रिप्सिन:वर्सीन घोल (बायोलोट, रूस) से कल्चर प्लास्टिक से निकाला गया था। धोने के बाद, कोशिकाओं को 200 μL प्रति 5×10⁶ कोशिकाओं की सांद्रता तक पूर्ण माध्यम में निलंबित किया गया और बेसमेंट मेम्ब्रेन मैट्रिक्स (एलडीईवी-फ्री, मैट्रिजेल® कॉर्निंग®) (1:1, बर्फ पर) के साथ पतला किया गया। तैयार कोशिका निलंबन को चूहे की जांघ की त्वचा में सबक्यूटेनियस रूप से इंजेक्ट किया गया था। ट्यूमर की वृद्धि की निगरानी के लिए हर 3 दिन में इलेक्ट्रॉनिक कैलिपर्स का उपयोग करें।
जब ट्यूमर का आकार 500 मिमी³ तक पहुँच गया, तो प्रायोगिक पशु के मांसपेशी ऊतक में ट्यूमर के पास एक स्थायी चुंबक प्रत्यारोपित किया गया। प्रायोगिक समूह (एमएनपी-आईसीजी + ट्यूमर-एम) में, 0.1 मिलीलीटर एमएनपी सस्पेंशन को इंजेक्ट किया गया और चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में लाया गया। अनुपचारित संपूर्ण पशुओं को नियंत्रण (पृष्ठभूमि) के रूप में उपयोग किया गया। इसके अतिरिक्त, 0.1 मिलीलीटर एमएनपी इंजेक्ट किए गए लेकिन चुंबक प्रत्यारोपित नहीं किए गए पशुओं (एमएनपी-आईसीजी + ट्यूमर-बीएम) का भी उपयोग किया गया।
इन विवो और इन विट्रो नमूनों का फ्लोरेसेंस विज़ुअलाइज़ेशन IVIS लुमिना LT सीरीज़ III बायोइमेजर (पेर्किनएल्मर इंक., यूएसए) पर किया गया। इन विट्रो विज़ुअलाइज़ेशन के लिए, प्लेट के कुओं में 1 मिलीलीटर सिंथेटिक PLA-EDA-ICG और MNP-PLA-EDA-ICG संयुग्म डाला गया। ICG डाई के फ्लोरेसेंस गुणों को ध्यान में रखते हुए, नमूने की प्रकाश तीव्रता निर्धारित करने के लिए सबसे उपयुक्त फ़िल्टर का चयन किया गया: अधिकतम उत्तेजना तरंगदैर्ध्य 745 nm और उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य 815 nm है। संयुग्म युक्त कुओं की फ्लोरेसेंस तीव्रता को मात्रात्मक रूप से मापने के लिए लिविंग इमेज 4.5.5 सॉफ़्टवेयर (पेर्किनएल्मर इंक.) का उपयोग किया गया।
ट्यूमर मॉडल चूहों में, रुचि के स्थान पर चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति और अनुप्रयोग के बिना, एमएनपी-पीएलए-ईडीए-आईसीजी संयुग्म की प्रतिदीप्ति तीव्रता और संचय का मापन किया गया। चूहों को आइसोफ्लुरेन से बेहोश किया गया, और फिर 0.1 एमएल एमएनपी-पीएलए-ईडीए-आईसीजी संयुग्म को पूंछ की नस के माध्यम से इंजेक्ट किया गया। प्रतिदीप्ति पृष्ठभूमि प्राप्त करने के लिए अनुपचारित चूहों को नकारात्मक नियंत्रण के रूप में उपयोग किया गया। संयुग्म को अंतःशिरा रूप से देने के बाद, जानवर को आईवीआईएस लुमिना एलटी सीरीज III प्रतिदीप्ति इमेजर (पर्किनएल्मर इंक.) के कक्ष में एक हीटिंग स्टेज (37°C) पर रखा गया, जबकि 2% आइसोफ्लुरेन से बेहोशी की स्थिति बनाए रखी गई। एमएनपी के प्रवेश के 1 मिनट और 15 मिनट बाद सिग्नल का पता लगाने के लिए आईसीजी के अंतर्निर्मित फिल्टर (745-815 एनएम) का उपयोग किया गया।
ट्यूमर में संयुग्मन के संचय का आकलन करने के लिए, पशु के पेरिटोनियल क्षेत्र को कागज से ढक दिया गया, जिससे यकृत में कणों के संचय से जुड़ी तेज प्रतिदीप्ति को समाप्त करना संभव हो गया। एमएनपी-पीएलए-ईडीए-आईसीजी के जैव वितरण का अध्ययन करने के बाद, ट्यूमर क्षेत्रों को अलग करने और प्रतिदीप्ति विकिरण के मात्रात्मक आकलन के लिए पशुओं को आइसोफ्लुरेन एनेस्थीसिया की अधिक मात्रा देकर मानवीय तरीके से इच्छामृत्यु दी गई। चयनित रुचि क्षेत्र से सिग्नल विश्लेषण को मैन्युअल रूप से संसाधित करने के लिए लिविंग इमेज 4.5.5 सॉफ्टवेयर (पर्किनएल्मर इंक.) का उपयोग किया गया। प्रत्येक पशु के लिए तीन माप लिए गए (n = 9)।
इस अध्ययन में, हमने एमएनपी-आईसीजी पर आईसीजी की सफल लोडिंग का मात्रात्मक विश्लेषण नहीं किया। इसके अलावा, हमने विभिन्न आकृतियों के स्थायी चुम्बकों के प्रभाव में नैनोकणों की प्रतिधारण दक्षता की तुलना नहीं की। साथ ही, हमने ट्यूमर ऊतकों में नैनोकणों के प्रतिधारण पर चुंबकीय क्षेत्र के दीर्घकालिक प्रभाव का मूल्यांकन भी नहीं किया।
नैनोकणों की प्रधानता है, जिनका औसत आकार 195.4 एनएम है। इसके अतिरिक्त, निलंबन में 1176.0 एनएम के औसत आकार वाले समूह भी मौजूद थे (चित्र 5ए)। इसके बाद, इस भाग को अपकेंद्री फिल्टर से छाना गया। कणों का ज़ेटा विभव -15.69 मिलीवोल्ट है (चित्र 5बी)।
चित्र 5 निलंबन के भौतिक गुण: (ए) कण आकार वितरण; (बी) ज़ेटा विभव पर कण वितरण; (सी) नैनोकणों का टीईएम फोटोग्राफ।
कण का आकार मूलतः 200 एनएम (चित्र 5सी) है, जो 20 एनएम आकार के एक एकल एमएनपी और कम इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले पीएलए-ईडीए-आईसीजी संयुग्मित कार्बनिक आवरण से बना है। जलीय विलयनों में समूह निर्माण को व्यक्तिगत नैनोकणों के अपेक्षाकृत कम विद्युतगतिशील बल मापांक द्वारा समझाया जा सकता है।
स्थायी चुम्बकों के लिए, जब चुम्बकत्व आयतन V में केंद्रित होता है, तो समाकलन व्यंजक दो समाकलों में विभाजित हो जाता है, अर्थात् आयतन और सतह:
यदि किसी नमूने का चुंबकत्व स्थिर हो, तो धारा घनत्व शून्य होता है। तब चुंबकीय प्रेरण सदिश का व्यंजक निम्न रूप में होगा:
संख्यात्मक गणना के लिए MATLAB प्रोग्राम (MathWorks, Inc., USA) का उपयोग करें, ETU “LETI” अकादमिक लाइसेंस संख्या 40502181।
चित्र 7, चित्र 8, चित्र 9 और चित्र 10 में दर्शाए अनुसार, सबसे प्रबल चुंबकीय क्षेत्र सिलेंडर के सिरे से अक्षीय दिशा में स्थित चुंबक द्वारा उत्पन्न होता है। क्रिया की प्रभावी त्रिज्या चुंबक की ज्यामिति के समतुल्य होती है। बेलनाकार चुंबकों में, जिनके सिलेंडर की लंबाई उसके व्यास से अधिक होती है, सबसे प्रबल चुंबकीय क्षेत्र अक्षीय-त्रिज्यीय दिशा में (संबंधित घटक के लिए) देखा जाता है; इसलिए, अधिक आस्पेक्ट रेशियो (व्यास और लंबाई) वाले सिलेंडरों का युग्म MNP अधिशोषण के लिए सबसे प्रभावी होता है।
चित्र 7 चुंबक के Oz अक्ष के अनुदिश चुंबकीय प्रेरण तीव्रता Bz का घटक; चुंबक का मानक आकार: काली रेखा 0.5 × 2 मिमी, नीली रेखा 2 × 2 मिमी, हरी रेखा 3 × 2 मिमी, लाल रेखा 5 × 2 मिमी।
चित्र 8 चुंबकीय प्रेरण घटक Br चुंबक अक्ष Oz के लंबवत है; चुंबक का मानक आकार: काली रेखा 0.5×2 मिमी, नीली रेखा 2×2 मिमी, हरी रेखा 3×2 मिमी, लाल रेखा 5×2 मिमी।
चित्र 9 चुंबक के अंतिम अक्ष (z=0) से दूरी r पर चुंबकीय प्रेरण तीव्रता Bz घटक; चुंबक का मानक आकार: काली रेखा 0.5×2 मिमी, नीली रेखा 2×2 मिमी, हरी रेखा 3×2 मिमी, लाल रेखा 5×2 मिमी।
चित्र 10. त्रिज्या दिशा के अनुदिश चुंबकीय प्रेरण घटक; मानक चुंबक आकार: काली रेखा 0.5×2 मिमी, नीली रेखा 2×2 मिमी, हरी रेखा 3×2 मिमी, लाल रेखा 5×2 मिमी।
ट्यूमर ऊतकों तक एमएनपी पहुंचाने की विधि का अध्ययन करने, लक्षित क्षेत्र में नैनोकणों को केंद्रित करने और परिसंचरण तंत्र में हाइड्रोडायनामिक परिस्थितियों में नैनोकणों के व्यवहार का निर्धारण करने के लिए विशेष हाइड्रोडायनामिक मॉडल का उपयोग किया जा सकता है। स्थायी चुम्बकों को बाह्य चुंबकीय क्षेत्र के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यदि हम नैनोकणों के बीच चुंबकस्थैतिक अंतःक्रिया को अनदेखा करते हैं और चुंबकीय द्रव मॉडल पर विचार नहीं करते हैं, तो द्विध्रुव-द्विध्रुव सन्निकटन के साथ चुम्बक और एकल नैनोकण के बीच अंतःक्रिया का अनुमान लगाना पर्याप्त है।
यहां m चुंबक का चुंबकीय आघूर्ण है, r उस बिंदु का त्रिज्या सदिश है जहां नैनोकण स्थित है, और k प्रणाली कारक है। द्विध्रुव सन्निकटन में, चुंबक के क्षेत्र का विन्यास समान होता है (चित्र 11)।
एकसमान चुंबकीय क्षेत्र में, नैनोकण केवल बल रेखाओं के अनुदिश ही घूमते हैं। असमान चुंबकीय क्षेत्र में, उन पर बल कार्य करता है:
यहां l किसी दी गई दिशा का व्युत्पन्न है। इसके अतिरिक्त, बल नैनोकणों को क्षेत्र के सबसे असमान क्षेत्रों में खींचता है, यानी बल रेखाओं की वक्रता और घनत्व बढ़ जाती है।
इसलिए, कणों के स्थान वाले क्षेत्र में स्पष्ट अक्षीय विषमता वाले पर्याप्त रूप से मजबूत चुंबक (या चुंबक श्रृंखला) का उपयोग करना वांछनीय है।
तालिका 1 अनुप्रयोग क्षेत्र के संवहनी तंत्र में एमएनपी को पकड़ने और बनाए रखने के लिए पर्याप्त चुंबकीय क्षेत्र स्रोत के रूप में एकल चुंबक की क्षमता को दर्शाती है।