Cíl: Využití magnetických nanočástic jako multifunkčních materiálů pro současnou diagnostiku a terapii. Úvod: Rychlý vývoj v oblasti nanotechnologií usnadnil vznik nových nanomateriálů. S tímto trendem je také spojen zvýšený zájem o nano a mikro systémy tvořené magnetickými nosiči. Spojením magnetického nosiče s biologicky aktivní látkou lze dosáhnout unikátních vlastností využitelných v mnoha oblastech biotechnologie a medicíny. Popis problematiky: Mezi nejvíce studované materiály se řadí magnetické nanočástice tvořené oxidy železa. V současné době se velká pozornost věnuje superparamagnetickým nanočásticím oxidů železa, tzv. SPIONs (superparamagnetic iron oxide nanoparticles), které pod určitou hranicí velikosti (1–20 nm) vykazují jednodoménový charakter, který způsobuje jev zvaný superparamagnetismus. Vedle velikosti částic jsou důležité povrchové vlastnosti. Velikost povrchu (řádově 100 m2/g) umožňuje jeho modifikaci, čímž je zvýšena biokompatibilita částic a snížena toxicita. Magnetické nanočástice mají značný potenciál využití v biomedicínských aplikacích, a to zejména v oblasti teranostiky. V současnosti jsou nanočásticové systémy studovány zejména k zesílení kontrastu u zobrazovacích technik MRI, v pozitronové emisní tomografii, případně lze využít přeměny magnetické energie na energii tepelnou, čehož využívá metoda zvaná hypertermie. Další využití představuje separace, analýza buněk nebo značení buněk, které se zdá být slibné v oblasti zobrazovacích metod. Závěr: Jak se ukazuje, problematika uplatnění magnetických nanočástic v lékařství je rozsáhlá. Prvotní výzvou je syntéza těchto nanočástic, přičemž existuje řada postupů, které poskytují nanočástice o různých vlastnostech. Kvůli povaze nanočástic je také nutné věnovat velikou pozornost jejich stabilizaci, aby se předcházelo agregaci a v případě jejich použití jakožto nosiče je taktéž nutné vyřešit problém zachycení požadované látky. Tyto problémy jsou stále předmětem výzkumu, ale i přes tyto obtíže představují magnetické nanočástice potenciální mocný nástroj pro současnou diagnostiku a terapii.

Aim: Application of magnetic nanoparticles as multimodal materials for current diagnostics and therapy. Introduction: Rapid developments in nanotechnology have facilitated the emergence of new nanomaterials. This trend is also associated with an increased interest in nano and micro systems consisting of magnetic carriers. By combining a magnetic vector with a biologically active substance, unique properties can be achieved which can be used in many areas of biotechnology and medicine. Issues description: The most common materials are magnetic nanoparticles synthesised of iron oxides. Currently, widely studied are superparamagnetic iron oxide nanoparticles, socalled SPIONs, which below a certain size range (1–20 nm) exhibit a single-domain character, which causes a phenomenon called superparamagnetism. In addition to particle size, surface properties are important. The surface size (in the order of 100 m2/g) allows its modification, which increases the biocompatibility of particles and reduces toxicity. Magnetic nanoparticles have considerable potential for use in biomedical applications, especially in the field of teranostics. At present, nanoparticle systems are studied mainly as contrast agents in MR imaging techniques, in positron emission tomography, or the conversion of magnetic energy into thermal energy can be used, which uses a method called hyperthermia. Other uses include separation, cell analysis, or cell labeling, which appear promising in imaging methods. Conclusion: As shown, the application of magnetic nanoparticles in medicine is extensive. The primary challenge is the synthesis of these nanoparticles, and there are a number of processes that provide nanoparticles with different properties. Due to the nature of nanoparticles, the care must also be taken to stabilize them in order to prevent aggregation, and in the case of their use as carriers, it is also necessary to solve the problem of entrapment of the desired substance. These problems are still the subject of research, but despite these difficulties, magnetic nanoparticles are a potentially powerful tool for current diagnostics and therapy.

Katedra jaderné chemie Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská České vysoké učení technické Praha

Klinika nukleární medicíny a endokrinologie Fakultní nemocnice v Motole Praha

Multimodal magnetic nanomaterials for diagnostics and therapy