Célzott csapás a rákra

Amikor mágnesezhető részecskéket vízalapú közegben homogén módon oszlatunk el, mágneses folyadékot kapunk. Az így előállított speciális anyag jelentőségét az adja, hogy egy külső mágneses erőtér segítségével manipulálhatóvá válnak tulajdonságai, köztük például folyási jellemzői. Ennek oka az, hogy az erővonalak hatással vannak a folyadékban található részecskék mozgására és elhelyezkedésére, amelyek helyváltoztatásuk során – fajlagos felületi nagyságuktól függően – a vízalapú közeget is képesek magukkal vinni. Ez a jelenség elsősorban a nanométeres nagyságrendbe tartozó részecskéknél figyelhető meg (a milliméter egymilliomod része a nanométer).

A mágneses folyadékokkal kapcsolatos kutatások az 1960-as években kezdődtek, és azóta számos technológiai alkalmazásuk vált ismertté. Ilyen anyagokat használnak többek között a merevlemezek leolvasó fejében, a hangszórók membránjának felfüggesztésénél és a tintasugaras nyomtatók néhány típusában, de megtalálhatók egyes autómárkák lengéscsillapítóiban is.

Orvosi alkalmazások

A speciális anyag manipulálható tulajdonságaiból kiindulva hamar felmerült az ötlet, hogy az eljárás akár gyógyítási célokat is szolgálhat. Világszerte tudományos programok sokasága foglalkozik azzal a kérdéssel, hogy a mágneses folyadék elvén nyugvó nanotechnológiát hogyan lehetne összekapcsolni a rák elleni küzdelemmel. A téma jelentőségét jól érzékelteti, hogy csak az Egyesült Államokban jelenleg évente mintegy 140 millió dollárt fordítanak erre a célra. A kutatók alapvetően olyan nanorészecskék előállításán dolgoznak, amelyek fiziológiás (az emberi szervezetben uralkodó) körülmények között is stabilak maradnak, mert ez a legfőbb feltétele a mágneses folyadék felhasználásán alapuló gyógyítási technikáknak. A tervek szerint ezek segítségével az orvosok hamarabb fedezhetik fel a kóros sejtburjánzásokat, pontosabb diagnózist állíthatnak fel, célzottan juttathatják a szervezetbe a megfelelő hatóanyagokat, és jóval precízebb beavatkozásokat hajthatnak végre a betegeken.

Milyen a jó nanorészecske?

A mágneses folyadékban található nanorészecskék sikeres biológiai alkalmazásának számos feltétele van. Amennyiben ezek a miniatűr anyagrészek eredeti, úgymond kezeletlen formájukban jutnak a véráramba, az immunrendszer válaszreakciójának következtében fehérjék tapadnak meg a felületükön, és rövid időn belül kiürülnek a szervezetből. Mindenképpen célszerű tehát egyfajta borítást képezni rajtuk, ami nem csupán az immunreakciók semlegesítése miatt lehet hasznos, hanem arra is módot ad, hogy különböző vegyületek, illetve funkciós csoportok (antitestek, jelfelismerő molekulák, hatóanyagok, kontrasztanyagok, stb.) kapcsolódjanak a részecskékhez. Ez a kapcsolódási lehetőség azért lényeges, mert ez nyitja meg az utat a jelenleg még csak kísérleti stádiumban lévő gyógyítási technikák felé. Mivel a borítás nem befolyásolja a hordozó részecske mágneses tulajdonságait, ezért az továbbra is jól reagál a külső erőtérre. Szem előtt kell tartani továbbá, hogy az így előállított struktúra biokompatibilis és kémiailag stabil legyen, illetve vizes közegben homogén módon oszoljon el. Ezen kívül az is fontos, hogy az egyes részecskék nem tapadhatnak össze, mert a szervezetbe kerülve így könnyen érelzáródást okozhatnak.

Magyar kutatóprogram

A Szegedi Tudományegyetem kolloidkémiai tanszékének munkatársai a mágneses folyadékok orvosi alkalmazási területeit kutatva olyan figyelemre méltó eredményeket értek el, melyeket nemzetközileg is jegyeznek. A Prof. Tombácz Etelka egyetemi tanár és Hajdú Angéla doktoranduszhallgató által irányított tudományos munka során magnetit (vasoxid) alapú nanorészecskéket állítanak elő, illetve azok tulajdonságait módosítják (a vas és az oxigén a normál anyagcsere-folyamatok részét képezik, így nem okoznak problémát a szervezet működésében). Eddigi kutatómunkájuk egyik fontos teljesítménye, hogy olyan elemző módszereket dolgoztak ki, melyek segítségével előre (in vitro) lehet jelezni az egyes folyadéktípusok hatékonyságát. Azon túl, hogy ezáltal értékes idő takarítható meg, a feleslegesen elvégzett szövettenyészeti vizsgálatok és állatkísérletek sem terhelik feleslegesen a rendelkezésre álló pénzügyi keretet.

A két kutató munkájának másik lényeges hozadéka az a felismerés, hogy a citromsav, amely eddig a nanorészecskék borításához leggyakrabban használt anyagnak számított, alkalmatlan a kitűzött gyógyítási célok eléréséhez. Az ily módon előállított anyagrészek ugyanis kémiailag nem eléggé stabilak, ráadásul az érpályába juttatott citromsav a véralvadást is gátolja, ami a befogadó szervezetre nézve akár végezetes következményekkel is járhat. A témával kapcsolatos bejelentés nagy visszhangot váltott ki nemzetközi tudományos körökben, hiszen évtizedes kutatási eredményeket cáfolt meg. Prof. Tombácz Etelka és Hajdú Angéla a citromsav helyett kettős zsírsavat használnak a nanorészecskék borításához és kémiai stabilizálásához. A kettős zsírsav vizes közegben való alkalmazása nemrégiben vált népszerűvé a témával foglalkozó kutatók között, mivel az új módszer eredményeként kapott mágneses folyadék rendkívül stabil, és minden szempontból eleget tesz az orvosi felhasználás feltételeinek.

Tudományos verseny

Világszerte számos módját keresik a mágneses folyadék elvén nyugvó nanotechnológia orvosi felhasználásának. Hajdú Angéla szerint óriási a tudományos verseny a témával kapcsolatos kutatási területeken, amit az is bizonyít, hogy a kolloidkémiai tanszék munkatársai által korábban kitűzött célok közül egyet lényegében már „ki is lőttek”. Amerikai kutatóknak ugyanis sikerült jelentős mértékben tökéletesíteni a mágneses rezonanciás képalkotáson (MRI) alapuló diagnosztikai eljárást. Ennek lényege, hogy a mágneses nanorészecskékhez olyan peptidet (fehérjeláncot) kötnek, amely többféle rákos sejthez is képes hozzákapcsolódni. Ez a kapcsolódás egyben azt jelenti, hogy a célsejt tulajdonképpen magnetizálódik, így jól azonosítható nyomot hagy az MRI vizsgálatok során készült felvételeken. Egereken végzett kísérletek igazolják, hogy ezen a módon már fél milliméteres daganatot is ki lehet mutatni a szervezetben, ami messze felülmúlja a mostanáig használt berendezések pontosságát.

Létezik azonban egy másik diagnosztikai alkalmazás, ahol még nyílt a verseny, és ahol a szegedi kutatók komoly eredményeket tudnak felmutatni. Ez az úgynevezett testen kívüli mágneses sejtválogatás módszere, amely alapjában véve az előbb ismertetett elven működik. A nanorészecskék felületéhez ez esetben is olyan „jelfelismerő” molekulákat kötnek, amelyek a célsejtekhez kapcsolódva magnetizálják azokat. Az ily módon megjelölt parányokat egy külső mágneses tér segítségével könnyedén ki lehet szűrni, ezáltal előfordulási gyakoriságuk jó közelítéssel megbecsülhető (pl. t-limphocita számlálásnál, vérminta analízisnél, stb.). Sejtválogatást optikai detektorokkal már korábban is végeztek, ez azonban - szemben az új megoldással - rendkívül műszerigényes és drága eljárásnak számít.

A diagnosztikai módszereken kívül a terápiás alkalmazások előtt is egészen új távlatokat nyithatnak a mágneses folyadékok. Az egyik intenzíven kutatott terület az úgynevezett célzott hatóanyag bejuttatás, amelynél az elsődleges cél az, hogy a külső mágneses erőtérrel irányított nanorészecskékhez kötött hatóanyag közvetlenül a tumor környezetében szívódjon fel. Amellett, hogy így jelentősen mérsékelhetők a mellékhatások, a gyógyszer koncentrációját is csökkenteni lehet, ezért maga a kezelés is olcsóbbá válik.

A másik lehetséges terápiás alkalmazás a mágneses hipertermia, amely arra a jelenségre épít, hogy a daganatos sejtek sokkal érzékenyebbek a hőre, mint az egészségesek, ezért hamarabb is pusztulnak el, ha erőteljes hőhatás éri őket. Az eljárás során mágneses folyadékot juttatnak a célterületre, ahol egy változó térerősségű és frekvenciájú erőtérrel gerjeszteni kezdik a nanorészecskéket, amelyek a gerjesztési energiát hő formájában adják le környezetükbe. Ha ily módon 30 percen keresztül 42 fokos hőmérsékletet tartanak fenn, akkor a daganatos sejtek elpusztulnak, míg az egészségesek lényegében sértetlenek maradnak. A módszer segítségével rendkívül precíz beavatkozásra nyílik lehetőség, azonban az embereken végzett kísérletek előtt még számos probléma vár megoldásra, többek között optimalizálni kell a mágneses tér erősségét és frekvenciáját is.

Már megint a zseton

Prof. Tombácz Etelka és Hajdú Angéla tavaly ősszel kezdtek hozzá a sejtkísérletekhez, amelyek elsődleges célja az általuk előállított mágneses folyadékok hatékonyságvizsgálata. A teszteket a Szegedi Tudományegyetem Gyógyszerhatástani és Biofarmáciai Tanszékével közösen végzik, és amennyiben ezek sikeresnek bizonyulnak, idővel az állatkísérletekre is sor kerülhet, melyeket később a klinikai vizsgálatok követhetnek. Mivel azonban rendkívül időigényes és nehezen tervezhető folyamatokról van szó, a szegedi kutatók szerint csak 10-15 év múlva remélhetünk kézzelfogható eredményeket.

A tudományos kutatások sikeréhez és a költséges kísérletek finanszírozásához természetesen nem kevés pénzre van szükség. Talán nem okoz meglepetést, hogy éppen ebben szenvednek a legnagyobb hiányt a Kolloidkémiai Tanszék munkatársai. Hajdú Angéla elmondása szerint jelenleg csupán egy négyéves OTKA (Országos Tudományos Kutatási Alapprogram) pályázattal rendelkeznek, amely évente négymillió forintot biztosít. Ebből a nevetségesen kis összegből kénytelenek kigazdálkodni a kísérletekhez használt vegyszerek és eszközök költségét, a tudományos fórumokon való részvétel díját és minden egyéb kiadást. Ha nem változik a helyzet, a szegedi kutatók nemcsak korszakalkotó felfedezéseik miatt, hanem gazdálkodási teljesítményük okán is világhírűek lehetnek.