Магніто-механо-хімічний нанореактор

Реферат: UA 80456 U UA 80456 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини та фармації і може бути використана для синтезу протипухлинних нанокомплексів на основі наночастинок металів змінної валентності та протипухлинних препаратів для лікування онкологічних хворих. Відомий механо-хімічний нанореактор - це вібраційний медичний млин, що має блок живлення, електричний привід, металеву робочу камеру, всередині якої розміщені кульки для помелу, наночастинки металів змінної валентності та протипухлинний препарат [1]. Оскільки робота даного приладу заснована на принципі механо-хімічного диспергування, активування та синтезу, він має обмежені можливості ініціювання магнітних властивостей, хімічно активних продуктів - вільних радикалів та іонів в препараті. Іншим недоліком є те, що під час роботи механо-хімічного нанореактора в біологічно активних сполуках не фіксовано ініціюються резонансні переходи між енергетичними рівнями, пов'язані з наявністю різної орієнтації магнітних моментів електронів або атомних ядер. Тобто не відбувається цілеспрямована активація заздалегідь відомих молекул та атомів в препараті. Це обмежує можливість збільшення специфічної хімічної та протипухлинної активності препаратів на основі магніточутливих нанокомплексів. Як найближчий аналог вибраний механо-магнітний нанореактор [Радиочастотная гипертермия злокачественных новообразований, нанотехнологии и динамический хаос / В.Э. Орел, И.Б. Щепотин, И.И. Смоланка [и др.]. - Тернополь: ТПМУ, Укрмедкнига, 2012. - 448 с.], який складається з механо-хімічного реактора з блоком живлення, електричного приводу, робочої камери з двох півсфер, виконаних із діелектричного і діамагнітного матеріалу, всередині якої знаходяться кульки для помелу, наночастинки металів змінної валентності й протипухлинний препарат, які знаходяться всередині індуктора, зв'язаного з високочастотним генератором, та постійних магнітів. Позитивним у аналозі є те, що після синтезу нанокомплексу на основі наночастинок металів змінної валентності та протипухлинного препарату спостерігається збільшення магнітного моменту та концентрації парамагнітних центрів в ньому порівняно з механо-хімічним синтезом, що потенційно підвищує його протипухлинну активність. Недоліками найближчого аналога є те, що у нанореакторі слабо ініціюються реакції переходу активованих електронів між біологічно активними сполуками нанокомплексу та сполуками діелектричного й діамагнітного матеріалу робочої камери, що дещо знижує кількість вільних радикалів та іонів у них; використання під час синтезу постійних магнітів фіксованого номіналу не дає можливості підібрати оптимальну величину постійного магнітного поля нанореактора при якій би синтезований нанокомплекс мав найбільший магнітний момент насичення та кращу магнітну чутливість препарату для більш ефективної його цільової доставки в патологічну зону. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити механо-магніто-хімічний нанореактор шляхом поєднання конструкційних матеріалів, що використовуються в півсферах робочої камери, властивостей діамагнетику та феромагнетику й фіксованих оптимальних величин постійного магнітного поля у робочій камері, що дасть можливість підвищити ефективність переносу електронів від наночастинок металів змінної валентності та їх оксидів до протипухлинного препарату, збільшити кількість парамагнітних центрів у ньому і, як наслідок, збільшити його протипухлинну активність. Поставлена задача вирішується таким чином. В нанореакторі використовують зовнішню півсферу робочої камери з діамагнітного діелектричного матеріалу, що не перешкоджає проникненню постійного магнітного та змінного електромагнітних полів всередину камери, а внутрішні півсфери робочої камери із металу з властивостями феромагнетику, наприклад з нержавіючої сталі, та електричного провідника, вставленого всередину зовнішньої півсфери камери, наприклад, із загартованого скла, обумовлюють можливість безпосереднього електричного контакту наночастинок оксидів металів змінної валентності з протипухлинним препаратом та підвищують загальну механічну міцність конструкції. Також, використання в приладі постійних електромагнітів дозволяє підібрати оптимальні параметри неоднорідного постійного магнітного поля при синтезі нанокомплексів. Під впливом постійного магнітного та змінного електромагнітних полів при вібрації камери магніто-механо-хімічного нанореактора в препараті додатково утворюються парамагнітні центри, які підвищують протипухлинну активність нанокомплексу. Механізм цитотоксичної дії нанокомплексу за участю іонів заліза та протипухлинного препарату, наприклад, доксорубіцину (C27H29NO11HCl) засновано на активації гідроксильних радикалів, які руйнують ліпіди, білки, ДНК та інші компоненти й структури пухлинних клітин [3]. Це ініціює процеси апоптозу та некрозу пухлинних клітин, гальмуючи їх ріст. 1 UA 80456 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Магніто-механо-хімічний нанореактор (Фіг. 1) складається з механо-хімічного реактора з блоком живлення 1, електричного приводу 2, робочої камери 3 з двох півсфер, виконаних з діелектричного діамагнітного матеріалу, всередину яких вставлені металеві півсфери 4, які виконані з феромагнітного електропровідного матеріалу з перемичкою 5 між собою, постійних електромагнітів 10, високочастотного генератора 9, зв'язаного з індуктором 8, в який поміщається робоча камера 3 із кульками для помелу 6 та наночастинками металів змінної валентності й протипухлинним препаратом 7 всередині. Встановлення необхідних параметрів роботи пристрою виконується за допомогою пульту керування 11. Магніто-механо-хімічний нанореактор працює таким чином. Прилад знаходиться в спеціальному хіміотерапевтичному кабінеті, який відповідає вимогам стерильності. Спочатку розкручують на дві половини попередньо простерилізовану при високій температурі робочу камеру 3 з двох півсфер, виконаних з діелектричного діамагнітного матеріалу, всередину яких вставлені металеві півсфери 4, які виконані з феромагнітного електропровідного матеріалу з перемичкою між собою 5 та з кульками для помелу 6, а потім вкладають в одну із половинок камери попередньо зважені стерильні наночастинки металів змінної валентності, наприклад Fe3O4, та протипухлинний препарат 7, наприклад, протипухлинний антрацикліновий антибіотик доксорубіцин. Далі, з'єднують дві половини робочої камери 3 й закручують її на штоку електричного приводу 2, виконаного на основі лінійного двигуна, та вмикають подачу електричної напруги до блока живлення 1, що ініціює робочий стан схеми управління магніто-механо-хімічним нанореактором. Потім, за допомогою пульту керування 11 встановлюють необхідні для технологічного режиму параметри частоти, амплітуди, часу для роботи механо-хімічного нанореактора, вихідної потужності високочастотного генератора 9, величину напруженості постійного магнітного поля електромагнітів і вмикають подачу керуючих сигналів до відповідних елементів. Під час роботи електроприводу 2 на основі лінійного двигуна відбуваються вібраційні коливання робочої камери 3 з кульками для помелу 6 та препаратом 7, що ініціює його механо-хімічну активацію й диспергування. Можуть бути використані сухі, мокрі або кріогенні методи активації препарату. Одночасно з механо-хімічною активацією препарату проводять його опромінення високочастотним змінним електромагнітним полем, яке утворюється генератором 9 та випромінюється індуктором 8, а також опромінення неоднорідним постійним магнітним полем електромагнітів 10. Після закінчення активації робочу камеру 3 викручують з штока електричного приводу 2 і в отвір її верхньої половини вставляють медичний шприц та вливають розчин для розчинення препарату 7. Розчиняють препарат за допомогою центрифугування робочої камери на мікроцентрифузі. Розчинений активований препарат відсмоктують з отвору камери до медичного шприца і вводять пацієнту. Приклад реалізації заявленого пристрою. Для реалізації та апробації корисної моделі було виготовлено магніто-механо-хімічний нанореактор, згідно з корисною моделлю, синтезовано за його допомогою протипухлинний нанокомплекс на основі наночастинок оксиду заліза Fe3O4 та антрациклінового антибіотику доксорубіцину. Синтезований нанокомплекс мав властивості м'якого феромагнетику, показники магнітного моменту насичення mS=15,849 емо/г з концентрацією вільних радикалів 19 -1 С=5,71*10 мг . з g-фактором 2,45, що, відповідно, на 25,6 % та 29,9 % більше, ніж у зразках, утворених за допомогою приладу, вибраного як найближчий аналог для корисної моделі. Дані характеристики свідчать про наявність більшого потенційного ефекту протипухлинного нанокомплексу за рахунок покращення можливості його цілеспрямованої доставки та локалізації в пухлині постійним магнітним полем, а також, як це було встановлено раніше, за рахунок ініціації змінним електромагнітним полем та нанокомплексом процесів апоптозу й некрозу злоякісних клітин внаслідок практично тотального лізису кріст мітохондрій пухлини, обумовленого максимальним вмістом комплексів негемового заліза з оксидом азоту та ініційованих порушень в електрон-транспортних ланцюгах. Дослідження, проведені на тваринах із карциносаркомою Уокер-256, показали, що використання нанокомплексу, синтезованого за допомогою даного магніто-механо-хімічного нанореактору, зменшувало розмір злоякісної пухлини на 28 % у порівняні з дослідами, коли використовували офіцінальний доксорубіцин. Пояснення до графічних матеріалів корисної моделі Креслення. Магніто-механо-хімічний нанореактор 1 - механо-хімічний реактор з блоком живлення 2 - електричний привід механо-хімічного реактора 3 - робоча камера 4 - металеві півсфери робочої камери 5 - перемичка між півсферами робочої камери 2 UA 80456 U 5 10 15 6 - кульки для помелу 7 - наночастинки металів змінної валентності й протипухлинний препарат 8 - індуктор 9 - високочастотний генератор 10 - постійні електромагніти 11 - пульт керування Джерела інформації: 1. Mechanochemically activated doxorubicin nanoparticles in combination with 40 MHz frequency irradiation on A-549 lung carcinoma cells / V. Orel, Y. Kudryavets, N. Bezdenezhnih [et al.] // Drug Delivery.-2005. - № 12. - P. 171-178. 2. Радиочастотная гипертермия злокачественных новообразований, нанотехнологии и динамический хаос / В.Э. Орел, И.Б. Щепотин, И.И. Смоланка [и др.]. - Тернополь: ТПМУ, Укрмедкнига, 2012. - 448 с. (прототип). 3. Anthracyclines: molecular advances and pharmacologic developments in antitumor activity and cardiotoxicity / G. Minotti, P. Menna, E. Salvatorelli. [et al.] // Luca Gianni. Pharmacol Rev. - 2004. Vol. 56, № 2. - P. 185-229. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Магніто-механо-хімічний нанореактор, що включає механо-хімічний реактор з блоком живлення, електричний привід, робочу камеру з двох півсфер, виконаних із діелектричного і діамагнітного матеріалу, всередині якої знаходяться кульки для помелу, наночастинки металів змінної валентності й протипухлинний препарат, які знаходяться всередині індуктора, зв′язаного з високочастотним генератором, постійні магніти, який відрізняється тим, що має постійні електромагніти та робочу камеру, в яку вставлені металеві півсфери з перемичкою між собою, що виконані з феромагнітного електропровідного матеріалу. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3