Experimentari Privind Detoxifierea cu Nanoparticule Superparamagnetice

Cuprins

Introducere

1. Metode de detoxifiere a sângelui. Aspecte generale

1.1. Dializa renala

1.1.1 Hemodializa

1.1.2 Dializa peritoneala

1.2 Dializa hepatica

1.2.1 Dializa albuminica MARS

1.2.2 Sistemul Prometheus

1.3 Hemofiltrarea

1.4 Plasmafereza

2. Aplicatii biomedicale ale nanoparticulelor magnetice

2.1 Transportul si eliberarea tintita de medicamente

2.2 Magnetotransfectie

2.3 Hipertemia intratumorala indusa electromagnetic

2.4 Biosepararea în biologia moleculara si biotehnologie

2.5 Noi aplicatii ale nanoparticulelor magnetice

2.5.1 Purificarea lichidului intraperitoneal în cancerul de ovar

2.5.2 Regenerarea neuronala

2.5.3 Modelarea tesuturilor in vitro

3. Detoxifierea sângelui utilizând nanoparticule superparamagnetice .i separarea

magnetica

3.1 Principiile separarii magnetice in gradient înalt de câmp (HGMS)

3.2 Principiile metodei magnetice de detoxifierea sângelui

4. Experimentari privind detoxifierea cu nanoparticule superparamagnetice

4.1. Realizarea unui sistem HGMS de separare magnetica în gradient înalt de câmp

4.2 Structura circuitului magnetic utilizat la generarea câmpului magnetic de fond pentru

sistemul magnetic HGMS

4.3 Experimentari privind performantele de captare ale matricei HGMS

4.3.1 Parametrii constructivi determinati prin calcul

4.3.2 Teste experimentale

Concluzii

Bibliografie

Introducere

Metodele de detoxifiere actuale, importante si relevante din punct de vedere clinic, includ

hemodializa si dializa peritoneala, hemofiltrarea si hemodiafiltrarea, plasmafareza, sistemele

suportive hepatice, hemoperfuzia si imunoabsorbtia. Desi aceste tehnici sunt importante în

tratarea unor boli specifice, cum ar fi hemodializa pentru pacientii cu insuficienta renala,

majoritatea expunerilor la agenti bacteriologici, chimici sau radiologici, a intoxicarilor cu

medicamente în exces si a celor autoimune nu pot fi tratate corespunzator. Mijloacele de

detoxifiere actuala nu numai ca sunt limitate ca eficienta, ca posibilitate de utilizare repetata si în

afara unitatilor spitalicesti, dar sunt de asemenea incapabile de a localiza specific si selectiv

toxinele si de a le îndeparta activ din sânge.

A aparut astfel necesitatea îmbunatatirii acestor tehnici si dezvoltarea unor noi metode de

detoxifiere sanguina. De mare interes actual este metoda magnetica de detoxifiere a sângelui ce

utilizeaza nanoparticulelor magnetice functionalizate si sisteme de separare magnetica în

gradient înalt de câmp (HGMS).

Nanoparticulele magnetice sunt nanomateriale anorganice de dimensiuni nanometrice,

alcatuite din substante cu caracter magnetic foarte pronuntat. În domeniul medical si-au gasit

aplicabilitatea în detoxifierea extra- si intracorporeala a sângelui, transportul si eliberarea tintita

de medicamente, în terapia genica si separarea componentelor sângelui uman, precum si în

biologia moleculara si biotehnologii. Particularitatea lor esentiala este raspunsul acestora la forta

magnetica si capacitatea de a transporta în câmpuri magnetice diverse entitati nemagnetice, cum

ar fi anticorpii, antigenele, enzimele, celulele, agentii patogeni, xenobiotice etc. Materialul cel

mai folosit în aplicatii biomedicale, datorita proprietatilor sale excelente precum si a

biocompatibilitatii demonstrate, este magnetita sau maghemita.

Tehnica separarii magnetice în gradient înalt de câmp (HGMS) are multe .i diverse

aplicatii în tratarea fluidelor industriale si a celor biologice. În aceasta tehnica, gradientul

câmpului magnetic este generat de introducerea în câmpul uniform din spatiul de separare, a

unor elemente feromagnetice de dimensiuni caracteristice foarte mici. Aceste elemente

focalizeaza liniile de câmp în imediata lor vecinatate, ducând la obtinerea unor gradienti de câmp

inten.i .i, în final, la for.e magnetice semnificative.

Tehnica de separare magnetica în gradient înalt de câmp bazata pe particule

magnetice poate constitui o alternativa la metodele actuale de detoxifiere sanguina si poate

fi integrata cu succes în realizarea unui sistem extracorporeal de filtrare.

Metoda consta în extragerea sângelui dintr-o artera si tratarea acestuia cu o suspensie de

nanoparticule magnetice functionalizate pentru retinerea toxinelor. Dupa ce are loc un proces de

cuplare între particula si toxina, aceste complexe magnetice care contin toxinele sunt înlaturate

cu ajutorul unui sistem magnetic. Nanoparticulele se cupleaza cu toxina purtata de sânge pe baza

unor legaturi de afinitate, formând complexe magnetice posibil de controlat .i vectorizat în timp

si spatiu cu ajutorul unor câmpurilor de intensitate si structuri spatiale corespunzatoare. Captarea

toxinelor se realizeaza prin reactii chimice selective cu liganzi specifici atasati pe suprafetele

nanoparticulelor.

Am considerat ca este util sa realizez practic un sistem HGMS, cu partea activa de

captare alcatuita din fire magnetice sub.iri .i a.ezate în mod ordonat.

Acest model realizat poate fi utilizat ca atare, sau putin modificat, la un eventual

dispozitiv medical destinat detoxifierii sângelui prin metoda magnetica.

1. Metode de detoxifiere a sângelui. Aspecte generale

1.1 Dializa renala

În medicina termenul dializa este frecvent utilizat cu referire la functia renala, dar si în

intoxicatii cu substante dializabile (toxine endogene si exogene). Incapacitatea rinichiului de a

mentine în parametrii normali volumul si compozitia mediului intern, duce la scaderea capacitatii

de clearance de retentie azotata, precum si la cresterea nivelelor plasmatice ale ureei, creatininei

si acidului uric.

Dupa sediu se împart în extracorporeale si intracorporeale, dupa durata se împart în

intermitente si continue, iar dupa vasele abordate în arterio-venoase (AV) si veno-venoase (VV).

Indiferent de tipul metodei vor exista în esenta doua compartimente, separate de o membrana

dializanta. Metodele curente de dializa ramân în continuare tehnici de terapie complicate ce

necesita un efort coordonat atât din partea echipei medicale cât si a pacientului.

1.1.1 Hemodializa

Hemodializa este o metoda de epurare extrarenala a toxinelor îndepartate în mod normal

prin intermediul urinei, de restabilire a echilibrului acido-bazic datorat unor concentratii mari de

sodiu si potasiu, de control al tensiunii arteriale precum si de eliminare a excesului de apa din

organism.

Aceasta metoda de tratament consta în schimbul de apa si solviti între sângele bolnavului

si o solutie cu o compozitie de electroliti similara cu cea a plasmei normale (solutie de dializa

sau dializant), printr-o membrana semipermeabila.

Hemodializa este efectuata cu ajutorul unui sistem complex ce cuprinde doua circuite:

circuitul sanguin extracorporeal si circuitul dializantului (fig 1.1). Circuitul sanguin începe la

nivelul accesului vascular, sângele fiind pompat de aici pe linia arteriala pâna la nivelul filtrului

de dializa, ulterior sângele fiind restituit pacientului prin intermediul circuitului venos. Sistemul

contine urmatoarele elemente: calea de abord vascular, tubulatura, pompa de sânge si

dializorul[1].

Fig. 1.1 Aparat de hemodializa

Dializatorul este dispozitivul din cadrul sistemului cu ajutorul caruia se face schimbul de

substante dintre sânge si lichidul de dializa. Acesta este alcatuit din doua compartimente:

compartimentul sanguin, prin care circula sângele bolnavului si compartimentul dializatului, prin

care circula solutia de dializa. Cele doua compartimente sunt separate prin membrana

semipermeabila.

Schema unui astfel de dializor este redata în figura 1.2.

Fig. 1.2 Reprezentarea schematica a unui dializor

Dializoarele sunt prescrise de medicii responsabili de tratament în raport cu

caracteristicile de filtrare si de suprafata si necesitatile tratamentului. Dupa forma

compartimentelor si a membranei, dializoarele pot fi în bobina, în placi sau dializoare capilare.

Pentru asigurarea unei dialize eficiente, filtrul de dializa trebuie sa îndeplineasca

urmatoarele conditii:

. Biocompatibilitate

. Capacitate crescuta de epurare a substantelor toxice

. Pierdere minima de sânge sau de alte componente vitale la nivelul

a membranei de schimb

. Dimensiuni reduse

Membrana artificiala este alcatuita din filtre cu pori si este numita ‚rinichi artificial’

pentru ca suplineste o parte din functiile rinichiului. Membranele sunt realizate dintr-un film

polimeric poros ce permit trecerea ionilor si a moleculelor mici, dar nu si cea a

macromoleculelor (albumina, proteine sau elemente figurate).

Solutia dializanta are o compozitie electrolitica asemanatoare cu cea a lichidului

extracelular. Exista doua metode de heparinizare: heparinizare generala, adica a întregului

organism si una regionala, care se recomanda în caz de risc hemoragic si consta numai în

heparinizarea circuitului extracorporal.

Tubulatura este alcatuita din linia arteriala prin care sângele circula de la pacient la

dializor si linia venoasa prin care sângele circula de la dializor la pacient.

Solutia dializanta are o compozitie electrolitica asemanatoare cu cea a lichidului

extracelular. Exista doua metode de heparinizare: heparinizare generala, adica a întregului

organism si una regionala, care se recomanda în caz de risc hemoragic si consta numai în

heparinizarea circuitului extracorporal.

Pentru realizarea hemodializei este necesara existenta unei cai de acces la sistemul

vascular care sa permita extragerea si reîntoarcerea sângelui. Acest lucru se poate realiza prin

mai multe modalitati. Prima cale este temporara si se realizeaza prin intermediul unui cateter

introdus într-o vena centrala (jugulara, subclaviculara sau femurala). Cea mai folosita cale de

abord este crearea unei fistule arterio-venoase care va fi punctionata în timpul fiecarei sedinte

sau se mai pot utiliza porturi venoase subcutanate.

Procesele fizico-chimice care se petrec la nivelul membranei semipermeabile în timpul

hemodializei sunt difuzia si ultrafiltrarea (convectia).

Difuzia este procesul prin care moleculele de solvit se repartizeaza uniform într-o solutie,

din cauza miscarii browniene. Este un transport pasiv ce nu necesita o sursa suplimentara de

energie si duce la eliminarea unor molecule cu dimensiuni moleculare mici (uree, creatinina, unii

ioni). Difuzia reprezinta principalul mecanism de epurare a toxinelor în timpul dializei.

Ultrafiltrarea desemneaza transferul solventului prin membrana semipermeabila sub

actiunea unei forte hidrostatice sau osmotice pe una din fe.ele membranei. În cazul hemodializei

se aplica forta hidrostatica si moleculele eliminate au dimensiuni moleculare mari [2].

Hemodializa este un tratament imperfect pentru ca nu corecteaza functia endocrina si

metabolica a rinichilor normali, ci doar functia excretorie si homeostazica .i de aceea folosirea ei

pe termen lung nu este dezirabila pentru pacienti. Poate accelera progresia aterosclerozei,

deoarece determina o serie de reactii inflamatorii ale organismului pe termen lung si este greu

tolerata de catre pacientii cu boli cardiace avansate din cauza stresului hemodinamic datorat

pompei de la nivelul aparatului. De asemenea, în timpul hemodializei pacientii sunt expusi

riscului de infectie, sursele fiind reprezentate de piele (prin disruptia integritatii barierei

cutanate), dializant, sistemul de tratare a apei si reutilizarea dializoarelor.

1.1.2 Dializa peritoneala

Dializa peritoneala este considerata o alternativa la hemodializa ce foloseste peritoneul ca

membrana de schimb si filtrare. Peritoneul, o membrana cu strat dublu ce captuseste cavitatea

abdominala si organele, este utilizat ca sistem natural de filtrare si are rolul de membrana

dializanta. Cavitatea abdominala a bolnavului este folosita ca dializor.

Aceasta tehnica nu presupune existenta unui circuiermeabila sub

actiunea unei forte hidrostatice sau osmotice pe una din fe.ele membranei. În cazul hemodializei

se aplica forta hidrostatica si moleculele eliminate au dimensiuni moleculare mari [2].

Hemodializa este un tratament imperfect pentru ca nu corecteaza functia endocrina si

metabolica a rinichilor normali, ci doar functia excretorie si homeostazica .i de aceea folosirea ei

pe termen lung nu este dezirabila pentru pacienti. Poate accelera progresia aterosclerozei,

deoarece determina o serie de reactii inflamatorii ale organismului pe termen lung si este greu

tolerata de catre pacientii cu boli cardiace avansate din cauza stresului hemodinamic datorat

pompei de la nivelul aparatului. De asemenea, în timpul hemodializei pacientii sunt expusi

riscului de infectie, sursele fiind reprezentate de piele (prin disruptia integritatii barierei

cutanate), dializant, sistemul de tratare a apei si reutilizarea dializoarelor.

1.1.2 Dializa peritoneala

Dializa peritoneala este considerata o alternativa la hemodializa ce foloseste peritoneul ca

membrana de schimb si filtrare. Peritoneul, o membrana cu strat dublu ce captuseste cavitatea

abdominala si organele, este utilizat ca sistem natural de filtrare si are rolul de membrana

dializanta. Cavitatea abdominala a bolnavului este folosita ca dializor.

Aceasta tehnica nu presupune existenta unui circuit sangvin extracorporeal, fiind singura

metoda intracorporeala de dializa. De asemenea, nu este necesara calea de abord vascular si nici

administrarea de anticoagulante.

În cazul dializei peritoneale un cateter din silicon flexibil este introdus, prin intermediul

unei minime proceduri chirurgicale, la nivelul cavitatii peritoneale a pacientului. Acest cateter

permite introducerea periodica a unei cantitati dintr-o solutie cu o compozitie similara cu cea

folosita în hemodializa, dar la care se adauga si un antibiotic preferabil cu spectru larg si

neagresiv pentru rinichi.

Flaconul ce contine solutia este ridicat la o înaltime corespunzatoare dupa care solutia

dializanta este lasata o perioada de 20-30 minute pentru a absorbi produsele de degradare.

Urmeaza drenarea la exterior prin tubul de dializa, prin coborârea flaconului la nivelul solului

(fig 1.3). Durata unui ciclu nu trebuie sa depaseasca o ora.

În acest caz filtrarea se realizeaza prin osmoza. Peritoneul fiind o membrana permeabila

selectiv, permite trecerea prin difuzie a apei si solventilor ca si a substantelor cu greutate

moleculara mare. Deoarece marimea porilor membranelor capilare este în medie de 30-40 Å, pot

trece si proteinele plasmatice. Clearance-ul unei substante, în timpul dializei peritoneale depinde

de volumul de lichid dializant introdus în cavitatea peritoneala, de timpul în care acest lichid

ramâne în cavitatea peritoneala, de temperatura si de hipertonicitatea lichidului.

Fig 1.3 Sistem de dializa peritoneala

Dializa peritoneala este mai putin eficienta decât hemodializa, dar este o metoda mai

blânda cu sistemul cardiovascular si mai fiziologica, deoarece se desfasoara pe parcursul întregii

zile asa cum functioneaza si rinichiul. Este indicata pacientilor care au un abord vascular dificil

sau imposibil (diabetici) sau celor care sufera de boli cardiace avansate.

Dializa peritoneala poate fi continua sau intermitenta. Metoda continua presupune

prezenta permanenta în cavitatea peritoneala a solutiei de dializa (24 de ore pe zi, 7 zile pe

saptamâna), în vreme ce forma intermitenta se administreaza numai câteva zile pe saptamâna sau

câteva ore pe zi.

Dializa peritoneala continua ambulatorie este o forma de dializa portabila care nu

necesita alte echipamente decât pungile cu lichid de dializa si o linie de conectare a acestora la

cateterul de dializa. Schimburile sunt efectuate manual de catre pacient. Simplitatea sa, pretul de

cost redus si independen.a de aparatura automata au facut ca aceasta sa devina forma cea mai

populara de dializa. Tubul este introdus chirurgical în organism, chiar dedesubtul ombilicului.

La aproximativ 4-5 ore si înainte de culcare, pacientul scoate vechiul lichid cu ajutorul

tubului de drenaj, apoi îsi introduce o cantitate de lichid proaspat pentru dializa în cavitatea

abdominala, tot cu ajutorul tubului. Lichidul ramâne în cavitate, absorbind reziduurile din sânge,

în timp ce pacientul doarme sau îsi vede de activitatile zilnice. Acest nou procedeu da

posibilitatea pacientului sa fie activ si independent.

Dializa peritoneala automata se desfasoara tot la domiciliu exclusiv în timpul noptii si

este o metoda de tratament pentre pacientii renali cronici cu cel mai mare ritm de dezvoltare. În

cadrul acestei metode un numar mare de schimburi se efectueaza utilizând un dispozitiv special

denumit ‘cycler’, care umple si goleste cavitatea peritoneala în timp ce pacientul doarme.

Marele dezavantaj al acestei metode îl reprezinta riscul de infectie care apare în special în

momentul manevrarii de catre pacient a cateterului pentru introducerea lichidului de dializa în

cavitatea peritoneala. Repetarea infectiilor si glucoza din lichidul de dializa duce în timp la

alterari ireversibile ale peritoneului.

1.2 Dializa hepatica

Dializa hepatica reprezinta o metoda eficienta de tratament al bolnavilor cu insuficien.a

hepatica, aflati în asteptarea transplantului hepatic precum si a celor cu insuficien.a hepatica

acuta cauzata de intoxicatii cu diverse tipuri de medicamente sau alimente. Sistemele suportive

hepatice înlocuiesc functia de detoxifiere a ficatului, realizând epurarea metabolitilor toxici si a

celor legati de albumina, care se acumuleaza în insuficienta hepatica. Toxinele legate de

albumina au un potential hepatotoxic ridicat, fiind responsabile de initierea mortii celulare.

Insuficienta hepatica acuta indiferent de etiologie este urmata de o mortalitate ridicata iar

tratamentul clasic de sustinere cât si metodele traditionale de epurare extrarenala (hemodializa,

hemofiltrarea) nu aduc beneficii majore în astfel de cazuri. Cele mai frecvente cazuri în care se

aplica terapii suportive hepatice sunt: infectia acuta cu virusul hepatic B, expunerea la anumite

medicamente si toxine (paracetamol, permanganat de potasiu, intoxicatii cu ciuperci, droguri

etc.) si în boala Wilson.

Cele mai dezvoltate si mai utilizate sisteme de dializa hepatica sunt Molecular Adsorbent

Recirculating System (dializa albuminica MARS), Fractionated Plasma Separation and

Absorption (sistem Prometheus) si Single pass albumin dyalysis (SPAD), cele doua din urma

aflate înca în stadiul de cercetare [3]. Capacitatea albuminei de a lega molecule endogene toxice

care sunt crescute în afectarea hepatica severa fac din aceasta un agent de dializa eficient,

sistemul MARS fiind superior hemodializei si hemofiltrarii în privinta ratei de supravietuire a

pacientilor.

1.2.1. Dializa albuminica MARS

Dializa hepatica albuminica reprezinta o tehnica noua de epurare extracorporeala,

derivata din hemodializa, cu o acceptare clinica si o utilizare în crestere. Sistemul recirculant de

absorbtie moleculara este o solutie eficienta de detoxifiere, îndepartând din sângele pacientului

toxine cum ar fi acizii grasi, acizii biliari, triptofan, aminoacizi aromatici, oxid nitric si

bilirubina[4].

Sistemul MARS utilizeaza o solutie de albumina umana ca dializant si un dializor cu

membrana de polisulfona semipermeabila. Prin contactul cu polimerii membranei, albumina

dobândeste o capacitate sporita de legare a toxinelor. Sângele pacientului intra în contact cu

solutia de albumina prin intermediul membranei si toxinele legate de albumina serica traverseaza

membrana si intra în dializant, transferul facându-se în sensul gradientului de concentratie

existent între compartimentul sanguin si solutia de albumina.

Dializantul este apoi trecut prin doua cartuse adsorbante, unul de carbune activat si

celalalt cu rasini schimbatoare de anioni pentru a înlatura toxinele. Suplimentar, dializatul va fi

trecut si printr-un filtru conventional pentru eliminarea toxinelor hidrosolubile (amoniac,

mercaptani). Astfel solutia de albumina regenerata va fi recirculata. Acest principiu permite

aplicarea tuturor optiunilor terapeutice ale hemodializei, substituind în acelasi timp si functia

hepatica de detoxifiere [5].

Marimea maxima a porilor mebranei de dializa este de 50 kDa, astfel încât nu permite

trecerea moleculelor mari, cum ar fi hormonii, factorii de crestere si propriile albumine ale

bolnavului.

Eficien.a metodei deriva din faptul ca în cadrul aceleiasi sedinte sunt eliminate atât

toxinele hidrosolubile prin dializa, cât si toxinele fixate pe albumina prin absorbtia lor de catre

coloanele de carbune si rasini. Schema unui astfel de sistem este redata în figura 1.4.

Aceasta tehnica este bine tolerata si foarte eficienta în îmbunatatirea parametrilor

biochimici în insuficienta hepatica dar ca si la celelalte sisteme extracorporeale de epurare pot

aparea complicatii. Procedura trebuie considerata ca fiind intermediara spre alte terapii mai

eficiente sau ca o masura de suport în tratamentul insuficientei hepatice.

Fig. 1.4 Circuit de dializa cu albumina MARS

1.2.2. Sistemul Prometheus

Sistemul Prometheus este alcatuit dintr-un circuit pentru sânge la nivelul caruia doua

filtre realizeaza o epurare a toxinelor solubile în apa, apoi o plasmaseparare fractionata,

componentele celulare si macromoleculele separându-se de albumina si solventii cu greutate

moleculara sub 250kDa.

Solutia de albumina traverseaza apoi un filtru din rasini neutre cu afinitate crescuta

pentru acizi biliari, aminoacizi aromatici si fenoli si un filtru de rasini schimbatoare de anioni

care îndeparteaza bilirubina neconjugata. Dupa contactul cu filtrele absorbante, solutia de

albumina se reîntregeste cu celelalte componente sangvine. Primul filtru din dispozitiv este

AlbuFlow, confectionat din fibre de polisulfona si permeabil pentru albumina. Dupa trecerea prin

AlbuFlow, sângele pacientului este trecut printr-un dializor high flux cu ajutorul caruia

moleculele solubile în apa sunt eliminate [6].

Schema circuitului de dializa Prometheus este ilustrata în figura 1.5.

Fig. 1.5 Schema unui sistem de dializa Prometheus

1.3 Hemofiltrarea

Hemofiltrarea este o tehnica de epurare extracorporeala continua, ce poate fi comparata

cu hemodializa. Cele doua tehnici prezinta multe similaritati de principiu, în ambele tehnici fiind

necesar accesul la circulatia pacientului, trecerea sângelui printr-un circuit extracorporeal,

existenta unei membrane semipermeabile si a unei pompe. Totusi mecanismele prin care este

modificata compozitia sângelui sunt diferite.

Hemofiltrarea a fost introdusa de catre Henderson în anii 70’ ca fiind o metoda de

substitutie renala bazata în principal pe ultrafiltrare. Tehnica a fost întâi denumita diafiltrare,

pentru ca mai apoi sa se utilizeze în clinica termenul de hemofiltrare.

Diferenta dintre cele doua metode consta în modul de extragere din sânge a deseurilor

toxice. Clearance-ul solvitilor mici prin hemodializa conventionala depinde de dimensiunea lor,

precum si de gradientul de concentratie de-a lungul membranei de dializa. Cu cât dimensiunea

lor creste, cu atât eliminarea prin difuzie devine mai ineficienta. Prin folosirea ultrafiltrarii,

toxinele sunt eliminate relativ independent de dimensiunea moleculei sau concentratia

transmembranara. Astfel, ultrafiltrarea creste eficien.a eliminarii moleculelor cu greutate

moleculara mai mare, molecule ce sunt epurate slab prin difuzie.

Hemofiltrarea utilizeaza principiul ultrafiltrarii sub presiune hidrostatica crescuta si se

realizeaza cu ajutorul unei membrane cu grad de permeabilitate ridicat ce permite trecerea apei si

a substantelor cu greutate moleculara mare printr-un mecanism convectiv. Cantitatea de

ultrafiltrat obtinuta este înlocuita cu o cantitate de solutie electrolitica necesara mentinerii

echilibrului hidro-electrolitic si acido-bazic si depinde doar de directia si forta fluxului de fluid

transmembranar.

Porii membranei sunt mai largi decât în cazul hemofiltrului de dializa permitând filtrarea

moleculelor mari (endotoxine, mioglobina, insulina sau substante medicamentoase) si a unor ioni

(Na, K). În cazul hemofiltrarii nu exista lichid de dializa, acesta fiind înlocuit cu un lichid de

substitutie.

În functie de locul din circuitul extracorporeal în care este introdusa solutia de substitutie

se descriu doua tipuri de hemofiltrare: cu predilu.ie si cu postdilu.ie (fig. 1.6) [2].

În hemofiltrarea cu postdilu.ie, solutia este introdusa în aval de hemofiltru. Prin aceasta

metoda, volumul de ultrafiltrat este limitat de hemoconcentra.ia ce rezulta, fiind necesar un debit

sanguin ridicat. O alta limitare o reprezinta riscul de pierdere a albuminei, precum si presiunea

transmembranara crescuta ce este necesara pentru a ajunge la volumul de ultrafiltrare dorit.

În cazul hemofiltrarii cu predilu.ie, solutia este introdusa în circuit în amonte de

hemofiltru. Principalul dezavantaj al acestei metode este o scadere a clearance-ului toxinelor,

datorita infuziei solutiei de substitutie înaintea dializorului si scaderea concentratiei consecutiva

a acestora. Deci la volume de ultrafiltrare egale, postdilutia este superioara predilu.iei în

eliminarea solvitilor, în principal moleculele mijlocii si cu greutate moleculara mare. Dintre

avantajele predilu.iei trebuie mentionate lipsa restrictiei volumului de ultrafiltrare, evitarea unor

presiuni transmembranare crescute si a hemoconcentra.iei.

Fig. 1.6 Circuite de hemofiltrare cu predilu.ie si postdilu.ie

Pentru a echilibra dezavantajele celor doua tehnici s-a convenit folosirea hemofiltrelor cu

suprafata cât mai mare si rate de hemofiltrare cât mai crescute.

Membranele hemofiltrelor pot fi:

. Celulozice – sau ‚low flux’ cu porozitate uniforma si coeficient de

permeabilitate pentru apa Km<10 ml/h.

. Sintetice – sau ‚high flux’ cu porozitate neuniforma, coeficient de

permeabilitate Km>30ml/h si structura asimetrica.

În functie de calea de abord, hemofiltrarea continua poate fi veno-venoasa (CVVH-

continous veno-venous hemofiltration) sau arterio-venoasa (CAVH- continous arterio venous

hemofiltration).

Marele avantaj al tehnicilor continue este reprezentat de o rata lenta de epurare a

solvitilor sau fluidelor, fiind astfel mai bine tolerate decât terapiile conventionale.

Dezavantajele hemofiltrarii constau în cost foarte ridicat, posibilitatea aparitiei infectiilor

si necesitatea perfuzarii unor volume mari de solutii sterile. Riscul de infectie poate fi redus prin

introducerea unui filtru pentru pirogeni sau bacterii pe circuitul injectarii lichidului de substitutie.

1.4 Plasmafereza

Plasmafereza este o tehnica extracorporeala de separare a sângelui în plasma si elemente

figurate. Aceasta tehnica transfuzionala se utilizeaza la centrele de recoltare a sângelui ca metoda

de separare sau în scop terapeutic. Plasma prelevata de la un donator sau de la un bolnav

deserveste în tratamentul unor boli fie ca atare, fie purificata. Purificarea se realizeaza prin

ultrafiltrare cu ajutorul unei membrane speciale în vederea epurarii unor molecule cu greutate

mare, care nu sunt eliminate prin tehnicile de dializa obisnuita. Plasma separata se îndeparteaza

si se înlocuieste cu o solutie electrolitica sau poate fi trecuta printr-un al doilea filtru si

reintrodusa în organism dupa repunerea în contact cu elementele figurate [7].

Scopul plasmaferezei este de a înlatura din organism diferite produse patologice prin

efecte de detoxifiere, recorectie si imunocorectie. Efectul de detoxifiere se realizeaza prin

mecanismul de eliminare a toxinelor de natura endogena si exogena din organism. Reocorec.ia

se realizeaza prin mecanismul de scadere a vâscozitatii sângelui, cresterii plasticitatii si scaderii

agregarii celulelor sângelui. Imunocorec.ia se realizeaza prin mecanismul de eliminare al

antigenelor, anticorpilor etc. Se utilizeaza pe larg în practica clinica utilizându-se în tratamentul

unor boli neurologice (miastenia), în hipercolesterolemie, în cazurile de hipervâscozitate

sanguina sau al bolilor autoimune.

Aceasta tehnica consta în scoaterea sângelui bolnavului printr-o cale de acces (de obicei o

vena periferica) trecerea acestuia printr-o membrana si restituirea globulelor sale rosii în paralel

printr-o alta canula dupa ce au fost suspendate într-un produs de substitutie de origine umana sau

artificiala. Reprezentarea schematica a acestui proces este redata în figura 1.7.

Membranele de fractionare au fost perfectionate începând cu 1978, fiind astazi

confectionate din polimeri ce permit separarea tuturor elementelor constituente ale sângelui.

Acestea pot fi cu membrane dispuse în placi confectionate din clorura de polivinil sau cu fibre

capilare confectionate din diacetat-celuloza, având avantajul unei fractii de filtrare mai mare.

Fig. 1.7 Sistem de plasmafereza

Plasmafereza are la baza tehnici de centrigurare, fractionare plasmatica sau electroforeza.

În cazul centrifugarii simple, din sângele supus centrifugarii este îndepartat supernatantul

(plasma ce contine factorii patogeni). Elementele figurate ramase sunt resuspendate într-o solutie

de cristaloizi sau proteine si reinjectate în pacient.

Plasmafereza în ansa închisa sau fractionarea plasmatica exclude din circulatie doar

proteinele patogene, extragerea selectiva având rolul de a prezerva proteinele normale si de a

elimina efectele secundare reprezentate în special de transmiterea unor infectii virale prin

intermediul plasmei donatorului. Acest tip de plasmafereza se poate realiza prin filtrare sau prin

tehnici de adsorbtie. Filtrarea în cascada presupune separarea plasmei în fractiuni cu greutate

moleculara mica si mare cu ajutorul unui filtru si îndepartarea moleculelor de dimensiuni mari.

Se utilizeaza în afectiuni ce asociaza prezenta de macromolecule. Tehnicile de adsorbtie

presupun trecerea plasmei printr-un filtru de adsorbtie ce permite eliminarea agentului patogen

prin separarea si legarea cu ajutorul unui ligand. Prin aceasta metoda se pot îndeparta anticorpii

specifici cu ajutorul unor liganzi reprezentati de antigeni multivalenti fixati de un suport solid.

Electroforeza plasmei este un proces de fractionare al plasmei ce are la baza încarcarea

electrica a moleculelor constituiente.

Plasmafereza necesita scoaterea unei cantitati mari de plasma din organism, motiv pentru

care nu poate fi utilizata în mod repetat pe o perioada îndelungata. De asemenea pot aparea

infectii, reactii alergice, tulburari electrolitice sau ale volumului circulant, daca înlocuirea

plasmei extrase nu se face cu un volum corespunzator si exista riscul de transmitere a unor

virusuri prin plasma perfuzata de la donatori.

Metodele enumerate nu se bazeaza excluziv pe tehnici de legare selectiva a toxinelor

sanguine, motiv pentru care majoritatea biohazardelor provocate de expunerea la diversi factori

nocivi, de intoxicatia medicamentoasa si de toxinele generate în organism pot fi tratate adecvat.

De asemenea, sunt limitate în ceea ce priveste eficacitatea, repetabilitatea si aplicabilitatea.

Aflata înca în stadiul de cercetare experimentala, metoda magnetica de detoxifiere

sanguina bazata pe utilizarea nanoparticulelor superparamagnetice si separare magnetica în

gradient înalt de câmp este de mare interes actual. Aceasta prezinta o serie de avantaje

importante fata de metodele actuale utilizate în practica medicala: simplitate, eficacitate

ridicata, posibilitatea eliminarii toxinelor cu greutate moleculara mica, posibilitatea de a fi

realizata cu aparate portabile si mai ales potentiala utilizare într-un posibil atac bioterorist.

Metoda consta în extragerea sângelui dintr-o artera si tratarea acestuia cu o suspensie

de nanoparticule magnetice functionalizate pentru retinerea toxinelor. Dupa ce are loc un

proces de cuplare între particula .i toxina, aceste complexe magnetice care con.in toxinele sunt

înlaturate cu ajutorul unui sistem magnetic.

2. Aplicatii biomedicale ale nanoparticulelor magnetice

Pe masura ce ritmul de progres al noilor tehnologii din domeniul medical este din ce în ce

mai alert, introducerea nanoparticulelor magnetice cu potentiale aplicatii biomedicale reprezinta

unul din segmentele cu cele mai mari asteptari. Cu toate ca aplicatiile nanotehnologiei în

medicina par a fi relativ recente, o parte din structurile nanometrice cu care lucreaza medicina

clinica dateaza de câteva decenii. Astfel, lipozomii au fost descrisi în 1965, primul sistem

polimeric de nanoparticule în 1994, nanocristalele quantum dots (nanoparticule cu proprietati

cuantice) în 1998, iar noile nanoparticule magnetice utilizate ca agenti de contrast în patologia

cardiovasculara la nivel celular si molecular ar putea reprezenta noile frontiere pentru

combinarea imagisticii nano cu transportul tintit de medicamente în scopul dezvoltarii terapiilor

medicale personalizate [8].

Nanoparticulele magnetice au caracteristici ce le fac apte pentru aplicatiile biomedicale.

În primul rând ele au dimensiuni controlabile, care le plaseaza într-un domeniu de dimensiuni

comparabile cu cele ale celulelor, virusurilor, genelor sau a proteinelor. Ele pot fi functionalizate

cu diferite molecule biologice ce le ofera proprietatea de a interactiona si de a se lega cu o

entitate tinta, oferind un mod controlabil de reactie. Nanoparticulele sunt magnetizabile ceea ce

însemna ca pot fi vectorizate prin intermediul unui câmp magnetic extern. Aceasta dirijare de la

distanta, combinata cu penetrabilitatea intrinseca a câmpului magnetic prin corpul uman

deschide orizonturi noi pentru multe aplicatii. Nu în ultimul rând, acestea pot fi acoperite cu

materiale biodegradabile, devenind perfect biocompatibile cu organismele vii.

Diferite publicatii aparute în ultimii ani atesta potentialul imens al nanoparticulelor

magnetice în domeniul medical. Astfel, multe colective de cercetatori îsi concentreaza în prezent

studiile în mai multe directii, cum ar fi: detoxifierea extra- si intracorporeala a sângelui, senzori

pentru detectia interactiunilor biomoleculare, eliberarea si transportul tintit de medicamente,

hipertermia intratumorala, embolizarea magnetica a vaselor sangvine, agenti de contrast în

imagistica de rezonanta magnetica nucleara, magnetotransfectia, terapia genica si separarea

componentelor sângelui uman.

2.1 Transportul si eliberarea tintita de medicamente

Numeroase afectiuni medicale grave – cum ar fi cancerul, diabetul si durerea cronica –

necesita medicamente care nu pot fi luate pe cale orala, dar trebuie sa fie administrate

intermitent, în functie de necesitate si pe o perioada lunga de timp. Eliberarea controlata si pe

termen lung a medicamentelor a fost recunoscuta ca fiind una dintre cele mai promitatoare

tehnologii biomedicale pentru anumite tipuri de boli cronice.În functie de specificul aplicatiei

biomedicale (tipul de transport, localizare), sunt utilizate diferite tipuri de nanoparticule:

magnetolipozomii, nanoparticule magnetice, nanoparticule polimerice biodegradabile, micele

polimerice, dendrimeri, nanocristale (quantum dot-uri), particule fier-carbon, bacterii magnetice,

ferofluide(figura 2.1) [9]. Legatura dintre purtator si agentul terapeutic poate fi de natura

electrostatica sau de bioafinitate, iar modalitatea de complexare depinde de dimensiunile si de

tipul purtatorului. Medicamentul poate fi difuzat într-o matrice polimerica, dizolvat într-un

complex cu proprietati hidrofobice, încapsulat sau atasat de suprafata unei nanoparticule.

Fig. 2.1 Biomateriale si nanoparticule utilizate în transportul si eliberarea tintita de medicamente

Nanoparticulele magnetice au o suprafata foarte mare raportata la volumul lor, prezinta o

biodisponibilitate crescuta, asigura eliberarea controlata a substantei active si permit vectorizarea

la nivel intracelular si molecular, ceea ce le face candidatii perfecti pentru aceasta noua tehnica

medicala. Datorita dimensiunilor extrem de mici, vectorii de tip nanoparticule traverseaza cu

usurinta barierele biologice, care în mod normal împiedica transportul substantei active la locul

de actiune.

Fata de formele clasice, nanoparticulele magnetice au numeroase avantaje: protectia mai

buna la degradarea indusa de mediul biologic, biodisponibilitate crescuta, actiune la nivelul unui

anumit tesut, penetrare intracelulara. Se creste astfel eficacitatea, specificitatea, toleranta si

indicele terapeutic al substantelor active, se elimina pericolul toxicitatii, se previn fenomenele de

supradozare si se elimina efectele adverse, întrucât nanoparticulele devin active dupa ce ating

destinatia finala.

O alta proprietate a nanoparticulelor este capacitatea de a “lega” o varietate de substante,

gratie unei suprafete mari raportata la volum. Acestea pot fi transportate cu usurinta la nivelul

tesuturilor si datorita dimensiunilor mici (între 10 si 100 nanometri), pot ramâne si se pot

acumula preferential, lucru facilitat si de drenajul limfatic deficitar din zona respectiva.

Cercetatorii investigheaza posibilitatea crearii de nanoparticule magnetice

multifunctionale care dupa detectarea în organism a tumorii sa poata proceda si la tratarea

acesteia, fapt ce ar revolutiona practica oncologica, înlocuind metodele terapeutice clasice de

tipul chimio- si radioterapiei care afecteaza nu numai celulele canceroase, ci si pe cele sanatoase.

Prin utilizarea unor particule magnetice cuplate cu agenti anticancerigeni directionati

spre tesutul malignizat cu ajutorul un câmp magnetic aplicat, se mareste eficienta tratamentului

si se reduc efectele secundare nedorite.

Cele mai utilizate nanoparticule magnetice sunt realizate din magnetita si maghemita

datorita proprietatilor lor (caracter puternic magnetic, biocompatibilitate si stabilitate chimica).

Nanoparticulele magnetice anorganice pot patrunde prin membranele biologice si pot

interactiona la un nivel intim cu biomoleculele aflate în organism. Pentru a evita eliminarea

acestora în procesul de optosonizare, nanoparticulele sunt acoperite cu macromolecule cu

caracter hidrofilic iar pentru a se putea lega de celulele tinta sunt biofunctionalizate cu diversi

compusi (fig. 2.2) [10].

Fig. 2.2 Arhitectura unei nanoparticule magneticeutilizata la transportul de medicamente

Vectorizarea de medicamente poate fi activa sau pasiva. În cazul vectorizarii pasive,

particulele cu medicament intra în sistemul vascular si se acumuleaza în tumora datorita

permeabilitatii crescute care apare în tesuturile din jurul tumorilor aflate în curs de dezvoltare.

De asemenea, particulele de medicament pot patrunde în interiorul celulei prin procese de

fagocitoza sau endocitoza.

În cazul vectorizarii active, particulele magnetice sunt ghidate de forte exterioare sau

sunt functionalizate cu molecule capabile sa recunoasca tesutul tinta si sa se cupleze cu acesta. O

asemenea forta externa de tintire o poate constitui forta de natura magnetica, determinata de

existenta unui câmp magnetic extern, cu un gradient cât mai ridicat. Cele mai comune molecule

tinta sunt anticorpii, lecitinele, proteinele, hormonii .i molecule încarcate electric [11].

Agentul terapeutic poate fi încapsulat într-o nanosfera sau este legat de suprafata

nanoparticulei active magnetic prin diverse procese chimice sau fizice rezultând un amestec cu o

formula stabila farmacologic. Complexul este injectat intraarterial în sistemul vascular, în

amonte fata de tesutul malign. Nanoparticulele pot fi imobilizate în regiunea tumorii printr-un

câmp magnetic de gradient înalt generat de o sursa externa (fig. 2.3) [12].

Fig. 2.3 Principiul de transport magnetic si eliberarea tintita a medicamentului

Eficienta acumularii de particule în tumora depinde de o serie de factori: caracteristicile

nanoparticulelor, accesul în organism, fluxul sanguin, volumul fluidului administrat precum si

fenomenul competitional dintre fortele exercitate asupra particulelor de catre circulatia sanguina.

De asemenea, trebuie ales un sistem magnetic optim care sa genereze un câmp magnetic cât mai

intens pentru a fixa complexul medicamentos doar în spatiul vascular ales.

Dupa obtinerea unei concentratii suficiente de particule în regiunea tumorii, moleculele

de medicament pot fi eliberate din particula purtatoare prin schimbarea conditiilor fiziologice

cum ar fi pH-ul, osmolaritatea, temperatura sau activitatea enzimatica [13].

S-au realizat studii clinice pe tumori de suprafata la diferite animale (iepuri, soareci,

porci) si s-a reusit eliminarea în totalitate a celulelor canceroase la iepurii albi. În cazul tumorilor

aflate în profunzime nu s-au obtinut rezultate promitatoare. S-au realizat si studii teoretice,

bazate pe modele simple ce simuleaza curgerea sângelui, pentru a determina viabilitatea

tratamentului precum si configuratia câmpului magnetic necesar acestei tehnici.

Complexele magnetice încarcate cu radioizotopi 90Y ce emit radiatii . s-au dovedit

eficiente în terapia cu radionuclizi. Într-un studiu, acest complex a reusit sa elimine în totalitate o

tumora de tip limfom B din corpul unui soarece [14].

O noua metoda dezvoltata foloseste un material ce combina nanoparticule mezoporoase

din siliciu cu nanocristalele din oxid de zinc dopate cu zinc ce au atasate nanovalve ce tin

moleculele de medicament în porii nanoparticulelor. Când un câmp magnetic este aplicat, valva

se deschide si elimina substanta medicamentoasa în celula tinta. Natura hidrofobica a porilor

precum si posibilitatea functionalizarii suprafetei fac aceste nanoparticule apte pentru aceasta

tehnica. În studiu s-a folosit ca principiu activ doxorubicin pentru a trata celulele canceroase de

la nivelul sânului. În urma procesului de endocitoza s-a constatat moartea celulelor tinta.

Figura 2.4 arata celulele canceroase înainte si dupa aplicarea tratamentului. Proba de

control din stânga contine celule neexpuse la câmpul magnetic. În dreapta se pot observa celulele

dupa ce au fost expuse agentului terapeutic. Gradul de distrugere cre.te odata cu aplicarea

câmpului magnetic [15].

Fig. 2.4 Celule supuse procesului de tintire magnetica

În chirurgia vasculara nanoparticulele magnetice pot fi folosite în trei situatii [16]:

. În implantul de stenturi permitând dozarea eficienta a

medicamentelor la nivelul peretelui arterial si împiedicarea stenozarii acestuia.

. Poate trata un stent implantat stenozat cu o noua doza de

medicament.

. Poate fi folosit ca o procedura de sine statatoare pentru a trata o

artera la care nu se recomanda implantarea unui stent sau nu necesita folosirea

unuia.

Dupa angioplastie sau aterectomie ce remodeleaza vasul deformat, medicul introduce un

cateter magnetizabil în zona ce necesita doza de medicament. Cateterul contine o retea de fire de

otel superparamagnetic ce nu poate fi magnetizata permanent. Acesta se extinde în contact cu

peretele arterial. O serie de magneti sunt plasati în exterior si în combinatie cu cateterul

superparamagnetic genereaza gradienti de câmp magnetic puternici.

Se introduc printr-un lumen nanoparticulele magnetice vectorizate ce vor fi atrase catre

peretele arterial de fortele magnetice. Procedura dureaza între 5 si 30 de minute dupa care

cateterul este retras de la nivelul arterei. Nanoparticulele ramân si formeaza un învelis ce se

degradeaza încet si elibereaza medicamentul ce inhiba stenoza (fig. 2.5).

Fig. 2.5 Principiul inhibarii unei stenoze utilizând nanopaticule magnetice activate cu

medicament

Nanoparticulele ramân în peretele arteriale o perioada lunga de timp. În figura 2.5 se

observa nanoparticulele din peretele arterial dupa 24 de ore de la îndepartarea câmpului magnetic

generat de cei doi magneti permanenti.

Fig. 2.6 Peretele arterial dupa îndepartarea câmpului magnetic

2.2 Magnetotransfectie

Magnetotransfectia sau transportul magnetic al AND-ului este o metoda simpla si

eficienta de transfectie ce utilizeaza câmpuri magnetice externe. Transfectia este procesul de

introducere deliberata a acizilor nucleici în celule. Tehnica încearca sa îmbine metodele

conventionale de transfectie biochimica si fizica. Transfectia biochimica se realizeaza cu ajutorul

polimerilor, iar cea fizica utilizeaza procesul de electroporatie ce presupune aplicarea unor

impulsuri electrice scurte la nivelul pielii pentru a-i mari permeabilitatea si pentru a permite

transportul compusilor de tratament direct catre zona afectata.

Poate fi utilizata pentru vectorizarea mai multor tipuri de acizi nucleici (AND, siARN,

dsARN, shARN, mARN), virusuri sau sisteme non virale [17].

Nanoparticulele magnetice realizate din oxid de fier biodegradabil sunt acoperite cu un

învelis polimeric cu proprietati ce difera în functie de aplicatie si a carui scop este de a forma

complexul nanoparticula-acid nucleic si de a împiedica degradarea acestuia. Asocierea

nanoparticulelor magnetice cu acizii nucleici se bazeaza pe interactiuni electrostatice si de

afinitate. Particulele magnetice sunt apoi concentrate catre celula tinta cu ajutorul unui câmp

magnetic extern generat de catre o serie de magneti ca în figura 2.6. Fortele magnetice permit

concentrarea rapida a particulelor permitând celulelor sa intre în contact cu doze semnificative de

vectori nanoparticula – acid nucleic.

Fig. 2.6 Transportul magnetic al AND-ului

Acizii nucleici sunt eliberati în citoplasma datorita polimerului cationic ce înveleste

nanoparticula, ce determina marirea în volum a celulei, ruperea membrane endozomiale si

eliberarea intracelulara a vectorului. Odata ajuns în celula, cuplarea materialului genetic cu

celulele tinta se realizeaza prin procese de endocitoza si pinocitoza, doua procese biologice

naturale. Nanoparticulele utilizate nu sunt toxice si pot fi folosite în doze mari. Dupa 24, 48 sau

72 de ore, cele mai multe particule sunt localizate în citoplasma, vacuole si ocazional în nucleu.

Avantajele magnetotransfectie sunt: arhitectura membranei si structura celulei tinte

ramân intacte spre deosebire de metodele fizice de transfectie ce degradeaza membrana celulei,

creste numarul de celule transfectate, eficienta creste deoarece se utilizeaza doze mici de vector,

timp de incubatie redus fata de metodele conventionale (de câteva minute), toxicitate redusa,

metoda poate fi folosita atât pentru acizii nucleici cât si pentru vectorii nonvirali, tehnica nu

presupune existenta unor receptori sau liganzi.

Unii cercetatori au folosit câmpuri magnetice oscilante .i au obtinut o eficienta crescuta

în vectorizarea genelor non virale [18]. Magnetotransfectia a fost utilizata si în transfectia

celulelor primare, cum ar fi celulele endoteliale, celule stem embrionare si neuroni [19]. Aceasta

tehnica se afla înca în dezvoltare, dar studiile au aratat o îmbunatatire în transferul de gene la

nivelul membranei epiteliale de la nivelul cailor aeriene. Alte teste au aratat rezultate bune în

transferul de gene la celulele osteoblaste.

2.3 Hipertemia intratumorala indusa electromagnetic

Hipertemia este un tratament ce consta în încalzirea selectiva a unor zone tumorale.

Cunoscuta ca tratament al tumorilor de suprafata înca de acum 3000 de ani, hipertermia produce

necroza acuta, coagulare proteica si necrozarea tesutului.

Fata de tesuturile normale, tumorile au particularitati de vascularizatie diferite, aportul

sanguin este dezorganizat si eterogen, iar metabolismul este mai intens. Aceasta deficienta în

masa tumorii conduce la o slaba disipare a caldurii, tumora putând avea o temperatura mai

ridicata decât tesuturile înconjuratoare normale atunci când este supusa unui tratament termic

local. Tot datorita deficientelor în vascularizatie si aport sanguin a tumorii, se accentueaza si mai

mult hipoxia celulelor, care sunt astfel private de nutrientii necesari supravietuirii. Atunci când

celulele tumorale sunt supuse tratamentului termic, devin mai usor recunoscute de catre sistemul

imun al gazdei datorita alterarilor produse de temperaturile înalte în structura unor molecule

receptor din membrana celulara. Toti acesti factori au drept consecinta expunerea si sensibilitatea

crescuta a celulelor tumorale la moartea prin hipertermie. Pentru ca tesuturile sanatoase sa nu fie

afectate trebuie realizat un control permanent al temperaturii [20].

Hipertermia intratumorala utilizeaza nanoparticule magnetice care sunt introduse în zona

tumorala astfel încât acestea sa fie uniform distribuite sau chiar endocitate de catre celulele

tumorale. Pozitionarea lor se realizeaza cu ajutorul unui câmp magnetic extern de înalta

frecventa pentru o perioada de timp determinata (cca. 30 de minute) ca în figura 2.7. Particulele

absorb energia câmpului alternativ si o transforma în energie calorica.

Fig. 2.7 Administrarea intratumorala a nanoparticulelor magnetice

Temperatura indusa prin intermediul nanoparticulelor poate atinge 42-47.C, valoare

suficienta pentru a modifica ireversibil functiile celulei tumorale. Un câmp magnetic alternativ

va induce o crestere locala a temperaturii (fig.2.8).

Fig. 2.8 Principiul hipertermiei intratumorale indusa electromagnetic

Aceasta procedura minim invaziva previne încalzirea tesutului sanatos din jurul tumorii

deoarece doar nanoparticulele magnetice absorb câmpul magnetic, spre deosebire de celelalte

tipuri de hipertermie ce utilizeaza ultrasunetele sau laserul.

Primele cercetari au fost întreprinse în 1979, propunându-se hipertemia intracelulara. Se

presupunea ca acest tip de hipertemie este mai eficient decât cel extracelular deoarece

membranele celulare nu sunt bune conductoare termice si ar putea actiona ca bariere termale. În

acest proces, celulele pot fi supuse tratamentului selectiv cu ajutorul nanomediatorilor plasati în

interiorul celulei. S-a mai aratat ca nanoparticulele plasate într-o suspensie coloidala si injectate

intravenos pot fi fagocitate de catre celulele cancerigene si pot fi distruse selectiv.

Nanoparticulele utilizate în hipertermie trebuie sa aiba proprietati fero- sau ferimagnetice.

Particulele devin centre de generare a încalzirii care se transmite celulelor tumorale. În

hipertermia indusa se pot folosi nanoparticule dispersate în fluid sau ferofluide apoase pe baza de

magnetita. S-a constatat ca ferofluidele au o rata de adsorbtie a energiei mai mare decât

particulele disperse, deoarece numarul ridicat de particule din ferofluid produc o energie

depozitata uniform înauntrul volumului. De asemenea, particulele de magnetita ce intra în

compozitia ferofluidelor sunt perfect biocompatibile fiind detectate ca facând parte din structura

unor tesuturi normale: creier, ficat, plamân si având numeroase alte localizari în organism [21].

Eficienta acestui tratament depinde de o serie de factori: calea de administrare,

dimensiunile particulelor, configuratia nanoparticulelor, cantitatea de suspensie injectata,

volumul de tesut malign, profunzimea tumorii.

Calea de administrare a suspensiei poate fi intravenoasa, intratumorala, intraarteriala sau

peritumorala. Injectarea intravasculara presupune raspândirea nanoparticulelor în întreg

organismul. Încalzirea poate fi totusi localizata prin aplicarea unui câmp magnetic doar în

regiunea în care este localizata tumora. Atasarea unor anticorpi la nivelul nanoparticulelor face

ca hipertermia prin injectare intraarteriala sa fie selectiva.

Eficienta hipertemiei depinde si de compozitia stratului cu care sunt acoperite

particulele. Se încearca optimizarea cantitatii de nanoparticule folosite pentru obtinerea acelorasi

valori ale temperaturii la o cantitate cât mai mica de nanoparticule. S-a observat ca utilizarea de

nanoparticule cu un singur domeniu magnetic (de dimensiuni cuprinse între 10 si 100 nm) creste

considerabil randamentul tratamentului hipertermic.

Încalzirea materialelor magnetice cu conductivitate electrica scazuta apare în special

datorita procesului de reorientare a momentelor de magnetizare (relaxare Neel) sau datorita

fortelor de frecare ce apar atunci când o particula se misca într-un mediu cu o vâscozitate scazuta

(relaxare Brown). Pierderile ce apar datorita reorientarii momentelor magnetice sunt determinate

în special de proprietatile magnetice intrinsece ale nanoparticulelor cum este anizotropia

magnetica. În cazul ferofluidelor pot aparea si pierderi datorita miscarii Browniene a

particulelor. Cantitatea de caldura generata de nanoparticule depinde în special de proprietatile

structurale ale acesteia si ar trebui sa fie cât mai mare pentru a micsora doza introdusa.

Volumul de tesut malign ce trebuie încalzit este un factor limitativ si nu trebuie sa

depaseasca 300 mm.. Pentru tumorile dispuse în profunzimea organismului tratamentul are o

sansa de reusita mai scazuta. Particule cu dimensiuni de 0,5-5 .m au fost utilizate pentru teste de

hipertermie efectuate pe animale mari (porc) si astfel s-a reusit tintirea unei tumori aflate la 8-12

cm profunzime.

O serie de cercetari au aratat ca nanoparticulele anionice de maghemita sunt capturate

eficient de catre tumorile localizate în prostata si pot fi concentrate în veziculele intracelulare.

Nanoparticulele de magnetita acoperite cu oleat de sodiu si polietilen glicol inhiba partial

dezvoltarea celulelor cancerigene de tip B16 într-o doza maxima. În prezenta unui câmp magnetic

alternativ, nanoparticulele bimagnetice Fe/Fe3O4 încapsulate si cuplate cu liganzi de tipul

dopamina-oligoetilen glicol au scos in evidenta efecte antitumorale deosebite asupra celulelor

cancerigene de tip B16-F10. Mai târziu, au fost introduse nanoparticulele magnetice acoperite cu

chitosan. Aceste particule genereaza o temperatura de peste 23.C sub influenta unui câmp

magnetic alternativ. Nanoparticulele acoperite cu chitosan sunt biocompatibile si au o mare

afinitate pentru celulele cancerigene de tip KB [22].

Alti cercetatori au studiat magneto-lipozomii în tratamentul cancerului. Au fost abordati

lipozomii cationici de magnetita pe post de mediatori locali pentru tratarea cancerului mamar la

soareci, sub influenta unui câmp magnetic cu o frecventa de 360kHz. Mediatorii au fost introdusi

în tumora cu ajutorul unei pompe de perfuzie pentru a se putea obtine o concentratie de

aproximativ 2mg/mediator/ml de volum de tumora. Soarecii au fost expusi de 3 ori câte 30 de

minute la tratament, observându-se aparitia unui activitati antitumorale [23].

Studiile recente au demonstrat ca o celula tumorala ce a ‚înghitit’ nanoparticule

magnetice nu le poate procesa si deci nici elimina, particulele fiind transmise ulterior la celulele

tumorale fiice. Astfel, particulele magnetice endocitate se constituie într-un nou tip de markeri,

celulele tumorale fiind susceptibile aplicarii ulterioare a câmpului magnetic.

Tratamentul hipertermic antitumoral cu nanoparticule magnetice poate fi aplicat imediat,

dar si dupa tratamentul clasic de radioterapie si chimioterapie deoarece slabeste rezistenta interna

a celulei tumorale si o face mai vizibila agentilor toxici, creste gradul de preluare a citostaticelor

la nivelul tesuturilor si le creste acestora gradul de toxicitate. Opinia generala este ca hipertermia

singura nu poate trata definitiv tumorile localizate, fara remisii, ca o consecinta tocmai a

gradientului mare de vascularizatie a tumorilor si deci a existentei de zone în care hipertermia

omoara o mare parte a celulelor, dar si de zone în care celulele ramân viabile provocând

remisiunile.

2.4 Biosepararea în biologia moleculara si biotehnologie

Abilitatea de a separa, purifica, sorta si imobiliza proteine, enzime, acizi nucleici (ADN

si ARN) sau chiar celule întregi din mediul lor este esentiala pentru procesul de detectie si

analiza.

Separarea pe cale magnetica sau imobilizarea acestor entitati implica utilizarea unor

micro- sau nanoparticule magnetice ce au pe suprafata lor liganzi specifici, selectati pentru a se

putea cupla cu entitatea tinta. Particulele sunt utilizate pentru a separa biomaterialul tinta dintr-o

solutie cu o concentratie scazuta sub influenta unui câmp magnetic. Odata separat, biomaterialul

este introdus într-un mediu cu o concentratie mai mare pentru a putea fi analizat.

Principalele directii de cercetare pâna la momentul actual sunt:

. Analize imunologice

. Purificarea culturilor de celule

. Extractia, purificarea si concentrarea acizilor nucleici

. Componente a biosenzorilor pentru detectarea unor anumite tipuri de molecule

. Imobilizarea, izolarea si modificarea amestecurilor biologic active

Separarea magnetica se poate realiza în doua maniere, direct sau indirect.

În metoda directa si cea mai utilizata, particulele magnetice sunt functionalizate cu

liganzi specifici ce realizeaza cuplarea cu entitatea tinta si formarea unui complex magnetic. În

metoda indirecta biomaterialul tinta este incubat cu ligantul specific. Pentru a îmbunatati atasarea

initiala se poate introduce un anticorp secundar, urmat de imobilizarea entitatii tinta primara.

Aceasta tehnica se bazeaza pe legaturi de bioafinitate.

Noi cercetari au dus la dezvoltarea unor microsisteme ce sunt ideale pentru analiza si

monitorizarea unor esantioane de dimensiuni reduse. Un astfel de sistem este compus dintr-o

matrice de elemente magnetice integrate într-un substrat nonmagnetic plasat sub un canal

microfluidic. Un câmp magnetic este utilizat pentru magnetizarea elementelor si producerea un

gradient înalt ce imprima o forta ridicata particulelor magnetice din microcanal.

Izolarea ADN-ului este un pas premergator tehnicilor din biologia moleculara fiind

necesar înaintea unor proceduri, cum ar fi secventierea, hibridizarea, detectia. Solid phase

reversible immobilization (SPRI) este un protocol bazat pe cuplarea ADN-ului de suprafata unor

nanoparticule superparamagnetice ce a permis automatizarea acestei proceduri. Tehnica

utilizeaza o microplaca ce permite prepararea si purificarea a 200 000 de probe de ADN pe zi

precum si secventierea genomului uman [24].

Alte kituri aflate pe piata se bazeaza pe principiul separarii magnetice si izolarea directa

a secventelor biotinilate de ADN, ARN sau a proteinelor cu ajutorul unor microcapsule

magnetice acoperite cu streptavidina. Aceste molecule pot fi utilizate si în izolarea indirecta a

moleculelor nebiotinilate ce sunt detectate pe parcursul procesului si interactioneaza cu ele.

Procedura presupune formarea unor complexe între proba biotinilata si molecula tinta,

complexul fiind apoi izolat si îndepartat. Procesul de izolare a acizilor nucleici este evidentiat în

figura 2.10.

poza5

.

Fig. 2.10 Principiul de izolare a acizilor nucleici si biosepararea proteinelor cu ajutorul

nanoparticulelor magnetice

Deasemenea, extractia si concentrarea acizilor nucleici este un pas premergator si necesar

în analizele imunologice (ELISA), dar si în cele genetice (ELOSA) de mare finete.

Purtatorii magnetici utilizati în analizele imunologice trebuie sa aiba un comportament

superparamagnetic, ceea ce înseamna ca raspund la actiunea câmpului magnetic dar nu

prezinta remanenta magnetica. Lipsa de remanenta magnetica face ca nanoparticulele

superparamagnetice sa poate fi concentrate sau dispersate de mai multe ori in timpul analizei,

fara a forma aglomerari.

În biotehnologie, particulele magnetice sunt folosite pentru a imobiliza, izola sau

modifica amestecurile biologic active. Amestecurile utilizate în practica sunt enzime, anticorpi,

receptori, avidina sau streptavidina, lecitina, proteina A si G, inhibitori enzimatici, fosfolipide,

polizaharide si celule [25]. Izolarea si separarea moleculelor specifice, a organitelor celulare si a

celulelor se poate realiza tot prin metode directe si indirecte prin utilizarea unor nanoparticule

magnetice ce pot forma complexe magnetice. De asemenea, aceasta tehnica permite îndepartarea

xenobioticelor organice cu potential carcinogenic si mutagenic.

2.5 Noi aplicatii ale nanoparticulelor magnetice

2.5.1 Purificarea lichidului intraperitoneal în cancerul de ovar

Cancerul ovarian reprezinta una din cele mai frecvente neoplazii. El apare când celulele

din epiteliul sau stroma ovariana încep sa se divida haotic, sa scape de sub controlul

mecanismelor imune ale organismului si sa capete caractere de agresivitate. Cancerul ovarin se

poate extinde si metastaza foarte rapid.

Diseminarea intraperitoneala reprezinta una din cele mai caracteristice cai de extindere a

cancerului ovarian. Odata ce au rupt capsula ovarului, celulele sunt preluate de lichidul

peritoneal si se pot implanta ulterior oriunde în interiorul cavitatii abdominale, ducând la aparitia

multiplelor metastaze. Ulterior, indiferent unde au ajuns, celulele vor da nastere unor alte tumori.

O serie de cercetatori au descoperit o noua metoda de a împiedica metastazarea

cancerului ovariar prin utilizarea nanoparticulelor si a separarii magnetice [26]. Metoda a fost

testata pe soareci în 2008. Aceasta tehnica presupune evacuarea lichidului peritoneal si

introducerea acestuia într-un sistem extracorporeal de separare. Prin adaugarea unor

nanoparticule biofunctionalizate si utilizarea unor filtre magnetice se realizeaza purificarea

lichidului prin eliminarea celulelor canceroase ce au fost în prealabil cuplate cu nanoparticulele.

Dupa filtrare, lichidul peritoneal este reintrodus în organism. Principiul de functionare al acestei

tehnici este evidentiat în figura 2.11.

Fig. 2.11 Principiul de purificare al lichidului intraperitoneal

Un prim studiu realizat pe soareci a fost un succes, obtinându-se rezultate promitatoare.

Aceasta tehnica reduce numarul de celule canceroase libere oferind timp altor tratamente

conventionale de a tine boala sub control si elimina riscul unei potentiale toxicitati, ce poate

aparea în cazul în care nanoparticulele sunt injectate direct în organism.

S-a identificat o proteina cunoscuta sub numele de EphA2 ce poate fi utilizata ca marker

selectiv pentru celulele de cancer ovarian. Cercetatorii au utilizat nanoparticule magnetice din

cobalt- oxid de fier ce pot fi cuplate cu proteina prin intermediul unui ligand ephrin-A1. Ideea

cercetarilor este ca nanoparticulele pot fi introduse în fluidul peritoneal, iar dupa eliminarea

extracorporeala a celulelor cancerigene, lichidul poate fi reintrodus în organism.

Studiul initial a utilizat 3 seturi de soareci. Fiecarui soarece i s-a injectat aproximativ

500.000 celule cancerigene ovariene cu o rata de multiplicare extrem de mare, astfel încât în 15

ore numarul de celule s-a dublat. În acest experiment, fluidul a fost extras din abdomenul

soarecilor imediat dupa injectarea cu celule canceroase. S-au introdus nanoparticulele, s-a

incubat amestecul pentru o perioada de timp determinata apoi s-au eliminat magnetic

nanoparticulele cuplate cu celulele tinta. Acesti pasi au fost repetati de 6 ori pentru fiecare

soarece în parte. S-au folosit si doua grupuri de control. Primul nu a primit nici un fel de

tratament în timp ce un al doilea grup a fost supus aceluiasi tratament ca si grupul experimental

numai ca nu au fost introduse nanoparticulele. Soarecii din cele doua grupe de control au trait în

medie 37 de zile, în timp ce grupul experimental a trait cu 12 zile mai mult. Concluziile arata ca

media de viata a soarecilor supusi acestei tehnici a crescut cu 32%.

Aceeasi cercetatori au dezvoltat un sistem similar dializei peritoneale, ce foloseste o

solutie tampon care circula prin cavitatea peritoneala si elimina celule cancerigene tot pe

principiul separarii magnetice. Acest tratament poate fi folosit concomitent cu chemoterapia si

radioterapia, nu este foarte invaziv si poate fi folosit frecvent. Reducerea numarului de celule

cancerigene scade numarul de sedinte de chimioterapie diminuându-se astfel efectele secundare.

De asemenea poate fi utilizat în urma operatiei pe o tumora primara, pentru a îndeparta

eventualele celule care au ramas în organism.

2.5.2 Regenerarea neuronala

Nanoparticulele magnetice pot fi utilizate în regenerarea neuronala. Se cunoaste faptul

ca neuronii traumatizati din sistemul nervos central nu se refac datorita vitezei mici de

regenerare dar si datorita mediului inhibitor creat de celulele gliale. De aceea se încearca

corectarea acestor lipsuri la nivel molecular. Cercetatorii au dezvoltat o metoda bazata pe

tensionarea mecanica a axonilor neuronilor folosind nanoparticule magnetice directionate în

câmp magnetic ce stimuleaza cresterea si alungirea axonului. Ideea este de a utiliza aceasta

metoda pentru a învinge interfata inhibitoare creata la locul leziunii [27].

2.5.3 Modelarea tesuturilor in vitro

În ultimii ani, multe studii din cadrul ingineriei tisulare s-au bazat pe proprietatile

nanoparticulelor magnetice. Se doreste dezvoltarea in vitro a unor tesuturi cu o functionalitate si

structura similara cu cea a tesutul original. Metoda consta în dezvoltarea unor matrici de suport

degradabil pe care sa creasca noi tesuturi. Este posibil sa se dezvolte keratinocitele din epiderma

si sa se reconstituie tesuturi umane.

Aceasta tehnica foloseste celule în care au fost introduse nanoparticule magnetice. Acest

lucru permite manipularea si organizarea lor de catre forta magnetica si în acelasi timp îsi pot

pastra functionalitatea. Un magnet aplicat sub placa cu mediul de cultura, atrage si acumuleaza

celulele. Câmpul magnetic antreneaza populatia pe suprafata placii si ajuta la crearea unor

structuri 2D sau chiar 3D (structuri multistratificate). Aceasta tehnica a fost deja testata pe

numeroase tipuri de celule incluzând keratocite, celule epiteliale retiniene, cardiomiocite,

celulele stem mezenchimale din cordonul ombilical, obtinându-se rezultate promitatoare [28].

În figura 2.12 sunt prezentate schematic celule în care au fost introduse nanoparticule.

Fig. 2.12 Modelarea unui tesut cu ajutorul nanoparticulelor magnetice

Pozitia lor spatiala este controlata prin intermediul unui magnet. Forma magnetului

(plan/cilindric) defineste configuratia straturilor sau morfologia tubulara a tesutului rezultat (de

exemplu, tesutul vascular format din celule endoteliale, celule musculare si fibroblaste).

3. Detoxifierea sângelui utilizând nanoparticule

superparamagnetice .i separarea magnetica

3.1 Principiile separarii magnetice în gradient înalt de câmp (HGMS)

Separarea magnetica a aparut ca proces tehnologic înca din secolul trecut, dar a capatat o

amploare deosebita abia în ultimele decenii. Aceasta tehnica are aplicatii în numeroase domenii

printre care se numara: industria miniera, industria chimica, industria alimentara, industria

energetica, tehnici de prelucrare a unor metale rare, epurarea apelor uzate precum si în reciclarea

deseurilor.

Cea mai recenta aplicatie a tehnicilor de separare magnetica se regaseste în domeniul

medicinei, fiind aplicata în separarea magnetica a componentelor sanguine, în separarea precisa a

unor proteine, a materialului genetic si al altor biomolecule.

Procesul de separare magnetica consta în actiunea diferita a fortelor magnetice asupra

componentelor unui amestec, a caror valoare si orientare depind de o serie de caracteristici

fizice.

În procesele de separare magnetica, un factor important revine proprietatilor magnetice

ale materialelor. Acestea sunt determinate de structura lor interna, un rolul predominant avându-l

momentele magnetice ale electronilor. În momentul în care o substanta este introdusa într-un

câmp magnetic, aceasta se magnetizeaza. Rezultatul va fi schimbarea valorii initiale a câmpului

existent în interiorul substantei, dar si modificarea acestuia în spatiul din vecinatate.

Starea de magnetizatie a corpurilor este caracterizata de urmatoarele marimi vectoriale:

. inductia magnetica -.B

. magnetizatia – .M

. intensitatea câmpului magnetic – .H

Inductia magnetica este o marime vectoriala care caracterizeaza câmpul magnetic din

punct de vedere al intensitatii interactiuni magnetice. Aceasta este definita ca forta care

actioneaza asupra sarcinilor în miscare.

Magnetizatia descrie reactia unui mediu fata de un câmp magnetic extern. Starea

magnetizata a substantelor este indusa de câmpuri magnetice externe. Magnetizatia depinde de

intensitatea câmpului magnetic prin intermediul susceptibilitatii magnetice (.m).

Intensitatea câmpului magnetic este o marime vectoriala care, împreuna cu inductia

magnetica, defineste câmpul magnetic în toate punctele din spatiu.

Dupa sensul si intensitatea magnetizarii, caracterizate prin semnul si valoarea

susceptibilitatii magnetice, precum si dupa comportamentul acestora când sunt introduse într-un

câmp magnetic, substantele se împart în trei mari categorii:

. diamagnetice

. paramagnetice

. feromagnetice

Materialele diamagnetice au o susceptibilitate foarte mica, negativa si sunt constituite

din atomi fara moment magnetic. Aceste substante sunt slab respinse de un magnet permanent

sau sunt deplasate spre regiunile cu câmp magnetic mai slab într-un câmp magnetic neuniform.

Diamagnetismul este o proprietatea intrinseca a fiecarui atom sau molecule. Daca se

observa un alt comportament a substantei,înseamna ca diamagnetismul este întrecut de un efect

si mai puternic decât el.

Materialele paramagnetice au o susceptibilitate magnetica pozitiva. Aceasta proprietate

este cauzata de momentele magnetice permanente ale atomilor ce compun substanta respectiva.

Momentele magnetice sunt orientate haotic, datorita agitatiei termice si un câmp magnetic extern

le poate orienta partial în sensul lui, corpul magnetizându-se însa foarte slab. Acestea rezulta din

momentele cinetice de spin ale electronilor, miscarea orbitala a electronilor si momentele

magnetice nucleare.

Materialele feromagnetice sunt caracterizate de o susceptibilitate magnetica pozitiva

foarte mare, dependenta de câmpul magnetic aplicat. Teoria lui Weiss explica feromagnetismul

prin existenta unor interactiuni de natura cuantica intre momentele magnetice de spin ale

atomilor, interactiuni care conduc la aparitia unor regiuni de magnetizare spontana, numite

domenii de magnetizare sau domenii Weiss. În interiorul unui astfel de domeniu, momentele

magnetice atomice sunt orientate paralel, dar magnetizatia spontana este orientata diferit de la un

domeniu la altul, astfel încât momentul magnetic rezultat este nul.

Când materialul feromagnetic este plasat într-un câmp magnetic, se reduce volumul

domeniilor cu magnetizatie orientata antiparalel cu câmpul aplicat si creste volumul domeniilor

cu magnetizatie orientat aproape paralel cu acesta. Vibratiile termice ale atomilor se opun

actiunii de orientare si peste o anumita temperatura, caracteristica fiecarei substante, domeniile

de magnetizare spontana dispar, corpul transformându-se din feromagnet în paramagnet.

Aceasta clasificare a substantelor, dupa comportamentul lor atunci când sunt introduse

într-un câmp magnetic existent între polii unui electromagnet, a fost facuta de catre Faraday în

anul 1845. În afara claselor de substante magnetice indicate mai sus, exista cazuri particulare:

substante antiferomagnetice, ferimagnetice si altele[29].

O descrie a acestor tipuri de materiale în functie de comportamentul magnetic este data în

figura 3.1.

Fig. 3.1 Proprietatile magnetice ale substantelor

Substantele superparamagnetice sunt alcatuite din particule feromagnetice foarte mici,

(1-10 nm) .i datorita dimensiunii lor reduse îsi pot schimba directia în mod aleator sub influenta

fluctuatiilor de energie termica.

Sub temperatura Curie, substantele superparamagnetice prezinta un comportament

similar cu cel al substantelor paramagnetice. Ele se magnetizeaza doar sub influenta unui câmp

magnetic extern. Proprietatea care le confera o importanta deosebita este aceea ca nu prezinta

remanenta magnetica. Astfel, în momentul în care câmpul magnetic extern este îndepartat, ele se

demagnetizeaza.

La valori superioare temperaturii Curie, fortele existente in interiorul substantelor

feromagnetice se vor decupla si vor determina o fluctuatie haotica a momentelor magnetice

ale atomilor. Datorita inexistentei ordinii magnetice, câmpul magnetic intern va disparea, iar

substanta nu va mai avea un comportament paramagnetic. Daca substanta este neomogena, se va

observa faptul ca la aceeasi temperatura va apare o mixtura între grupurile de atomi

feromagnetice si paramagnetice. Acest stadiu poarta denumirea de superparamagnetism.

Parametrii fizici ai câmpului magnetic care au importanta în separarea magnetica sunt

intensitatea câmpului magnetic H si gradientul intensitatii câmpului magnetic .H. Cei doi

parametri, sunt dependenti unul de altul, astfel încât o crestere a intensitatii H duce implicit la o

crestere a gradientului .H, în cazul aceleiasi distributii spatiale a câmpului.

Esenta procesului de separare magnetica consta în actiunea diferentiata asupra

componentelor unui amestec a fortelor magnetice, în concurenta cu forte de alta natura.

Fortele concurente celor magnetice sunt cele care provin din interactiuni hidrodinamice

pentru corpurile cu dimensiuni mici, si inertia, frecarea si greutatea pentru corpurile cu

dimensiuni mari. În afara fortelor concurente enumerate anterior, între componentele

amestecului se exercita si forte de interactiune, acestea având cel mai adesea un efect negativ în

cadrul separarii magnetice. În functie de orientarea si valoarea acestui grup de forte,

componentele unui amestec sunt colectate sau deviate în mod diferit, realizându-se astfel

fractionarea lui în interiorul separatorului magnetic, într-o componenta magnetica, una

nemagnetica, si una intermediara.

Pentru ca amestecul sa fie separat, forta magnetica trebuie sa întreaca în valoare fortele

competitive si anume: forta gravitationala, forta inertiala, forta de frecare si forta de antrenare

hidrodinamica. În functie de dispozitivul de separare, fortele competitive pot fi diferite.

În aplicatiile biomedicale se întâlnesc doua tipuri de separare magnetica: directa si

indirecta. În separarea directa, corpusculii trebuie sa posede proprietati magnetice intrinseci.

Principiul metodei indirecte consta în realizarea unei cuplari selective, permanente sau

temporare, între o particula cu moment magnetic mare si entitati nemagnetice cum ar fi celulele

rare, elemente subcelulare, substante biologic active, acizi nucleici, xenobiotice carcinogene,

microorganisme patogene etc. Gruparile astfel formate por fi vectorizate cu ajutorul unor sisteme

magnetice de separare [30].

Separarea magnetica a unor particule aflate într-un mediu lichid (sânge), este pusa în

evidenta în figura 3.2.

Fig. 3.2 Schema procesului de bioseparare magnetica

În scopul separarii dupa susceptibilitatea magnetica a unor amestecuri de substante, este

utilizata tehnica HGMS (,High Gradient Magnetic Separation’). Aceasta metoda ce face

posibila separarea unor particule cu cusceptibilitati magnetice foarte reduse si cu dimensiuni de

ordinul micronilor sau chiar mai mici, ceea ce este indicata pentru aplicatii biomedicale.

Un sistem de separare sau filtrare HGMS este ilustrat în figura 3.3.

1

Fig. 3.3 Schema unui sistem de separare magnetica în gradient înalt de câmp (HGMS)

Sistemul este constituit dintr-un vas nemagnetic aflat în întrefierul unui electromagnet de

curent continuu. În interiorul vasului se gasesc elemente feromagnetice de mici dimensiuni,

ansamblu cunoscut sub numele de matrice feromagnetica. Lichidul ce contine amestecul de

particule cu proprietati magnetice diferite, este trecut prin matrice cu o anumita viteza, în

prezenta câmpului magnetic.

La o anumita valoare a intensitatii câmpului magnetic, din amestec se retine pe

elementele matricei feromagnetice o fractie constituita din particule ce au o susceptibilitate

magnetica situata peste o anumite valoare. Restul de particule, cu susceptibilitate mai mica, trec

odata cu lichidul de antrenare obtinându-se în final o componenta nemagnetica. Pentru colectarea

particulelor magnetice captate, se întrerupe alimentarea cu amestecul de particule si se curata

matricea prin introducerea unui fluid aflat sub presiune.

În sistemele HGMS, cel mai important factor este realizarea unui gradient de câmp

magnetic cât mai înalt posibil, acest lucru obtinându-se printr-o structura adecvata a circuitului

magnetic si prin adaptarea elementelor matricei la caracteristicile particulelor ce urmeaza a fi

separate. Matricea feromagnetica trebuie sa fie alcatuita din fire magnetizabile cât mai subtiri. În

acest mod, matricea magnetica expune fluidului o suprafata de captare potentiala foarte mare, în

acelasi timp ea ocupând un volum efectiv foarte mic, rezistenta întâmpinata de lichidul ce o

strabate fiind neglijabila.

Împachetarea firelor matricei se poate face în trei moduri: dezordonat, partial ordonat sau

pot fi asezate într-o retea ordonata. Matricele ordonate au o serie de avantaje: au un factor de

împachetare constant în tot volumul, îndepartarea particulelor este mai eficienta, iar variatia

vitezei locale a fluidului este mai mica. Cele mai adecvate matrice utilizate la separarea în

gradient înalt de câmp sunt cele construite din fibre foarte subtiri, cu sectiune circulara sau cu

muchii, obtinute din aliaje magnetice moi (de exemplu din aliaje de tip FeNi) [31].

O matrice ordonata HGMS poate fi realizata în trei variante:

. matrice transversala în care curgerea fluidului, câmpul magnetic si firele

colectoare sunt reciproc perpendiculare;

. matrice longitudinala în care curgerea fluidului si câmpul magnetic sunt

paralele între ele si perpendiculare pe firele colectore;

. matrice axiala în care curgerea este paralela cu firul, iar câmpul magnetic

este transversal;

Eficienta procesului de separare/filtrare magnetica HGMS depinde de o serie de factori:

. dimensiunea medie a particulelor captate

. intensitatea câmpului magnetic aplicat

. factorul de împachetare al matricei feromagnetice

. viteza de curgere a lichidului prin matrice

. diametrul mediu al firelor feromagnetice

În esenta, detoxifierea sângelui pe cale magnetica este un proces de filtrare magnetica în

gradient înalt de câmp (HGMS).

3.2 Principiile metodei magnetice de detoxifierea sângelui

În ciuda progreselor remarcabile înregistrate în ultimii ani în domeniul purificarii

sanguine, detoxifierea selectiva a unor componente din sânge a ramas o problema majora, în

special pentru moleculele care au caracteristici fizico-chimice diferite si mase moleculari mari.

Utilizarea nanoparticulelor magnetice a adus beneficii în acest domeniu datorita

suprafetei relativ mari de retinere a toxinelor si a distantei de difuzie mica, comparativ cu cea a

membranelor folosite în tehnici similare.

Principiul metodei consta în extragerea sângelui dintr-o artera si tratarea acestuia

cu o suspensie de nanoparticule functionalizate pentru retinerea toxinelor. Dupa ce

procesul de sorbtie este complet particulele care contin toxinele sunt separate cu ajutorul

unui separator magnetic performant, iar sângele detoxifiat este introdus înapoi în

organism (fig. 3.4).

sdc

Fig. 3.4 Reprezentarea schematica a tehnicii magnetice de detoxifiere sanguina

Detoxifierea sângelui utilizând nanoparticule superparamagnetice functionalizate si

separarea magnetica poate constitui o metoda alternativa de tratare a unor afectiuni severe

precum insuficienta renala si hepatica, intoxicatii cu medicamente sau droguri, boli profesionale

(intoxicatii cu plumb, fier, siliciu, crom, nichel), tratarea septicemiilor si viremiilor, intoxicatii cu

substante chimice, izotopi radioactivi, intoxicatii cu toxina botulinica, tetanica si altele.

Eficienta terapiei magnetice depinde de mai multi factori printre care se numara

intensitatea câmpului magnetic aplicat si proprietatile magnetice si volumetrice ale particulelor

ca centrii de colectare a toxinelor.

Cele mai utilizate tipuri de nanoparticule sunt cele din magnetita (particule de oxid fero-

feric, FeO·Fe2O3) sau maghemita, deoarece sunt mai putin sensibile la procesul de oxidare si

sunt biocompatibile.

În functie de metoda de sinteza se pot impune anumite proprietati particulelor magnetice:

dimensiune, polidispersitate dimensionala, arhitectura si valorile magnetizatiei. Metoda utilizata

trebuie sa fie reproductibila, economica, sa nu implice etape dificile de purificare a produsului si

sa permita aplicarea la scara larga. Cele mai utilizate metode de obtinere a particulelor de

magnetita sunt: co-precipitarea, metoda sol-gel, reactiile de descompunere sonochimica, reactii

pe baza de polioli, mojararea etc.

In procesul de sinteza trebuie sa se tina cont de o serie de particularitati ale

nanoparticulelor [32]:

. biocompatibilitatea particulelor si a învelisului acestora

. dimensiunile

. imunogenitatea

. proprietatile de suprafata

. gradul de degradare

. capacitatea de înglobare si eliberare

. magnetizatie mare pentru a putea fi separate u.or

Pentru ca o particula sa fie biocompatibila trebuie sa existe interactiuni minime în

biosistem deoarece acestea pot duce la alterarea functiilor sale (abilitatea sa de a recunoaste si de

a se alipi de tinta specificata). Toate aceste particule trebuie sa aiba proprietati puternic

magnetice si dimensiuni cuprinse între 10 nm si 200 nm.

Exista numeroase studii cu privire la sinteza nanoparticulelor si tipul de polimeri utilizati.

În acest proces trebuie sa se tina cont si de stabilitatea coloidala si capacitatea de cuplare cu

molecula tinta. Stabilitatea coloidala se refera la capacitatea particulelor de a nu agrega într-un

fluid de transport. Printre polimerii se afla dextranul, polietilen glicolul (PEG) si polivinil

alcoolul (PVA) [33].

Componentele biologic active atasate covalent de suprafata nanoparticulei polimerice

ofera controlul biodistributiei, farmacocineticii si deseori a toxicitatii acestor complexe.

Polietilen glicolul este cunoscut pentru proprietatile sale: solubilitate excelenta în solutii apoase,

imunogenitate si antigenitate scazuta, are avantajul de a nu fi toxic si a fost aprobat pentru uzul

intern la oameni.

Nanoparticulele trebuie sa aiba o suprafata mare precum si situsuri functionale pentru

atasarea receptorilor de suprafata (anticorpi, agenti chelatori pentru radionuclizi sau liganzi

pentru toxine) într-un numar mare pentru a reduce sau elimina complet toxinele din sânge.

Exista doua posibilitati de atasare a anticopilor sau liganzilor pe suprafata particulelor:

atasarea directa pe suprafata cu ajutorul unor grupari functionale cu catena scurta (fig. 3.5) sau

atasarea acestora de catenele de polietilen glicol ce se extind din suprafata particulei.

Fig. 3.5 Nanoparticula magnetica functionalizata

Aplicatiile tehnologiei HGMS în medicina, necesita modificari de design pentru a

preveni contactul direct al sângelui cu materialul magnetic ce ar determina coagularea sângelui si

pentru a facilita tratamentul individualizat al pacientilor.

Cerintele pentru un astfel de separator magnetic sunt [34]:

. capacitate de procesare mare

. o eficienta de captare mai mare de 90% la o singura trecere a sângelui

prin separator

. portabilitate

. prevenirea contactului direct între sânge si materialul magnetic

. biocompatibilitate

. design compact

Dispozitivul de filtrare HGMS poate fi dotat cu o matrice magnetizata de una sau mai

multe perechi de magneti permanenti de înalta energie. Matricea HGMS poate fi formata din fire

magnetizabile ordonate sau din microbile. Sistemul de separare, prin constructia sa, are o

rezistenta hidraulica foarte mica si practic nu este nevoie de o pompa de antrenare. Sângele se

misca datorita diferentei de presiune dintre vena si artera. Acest lucru reduce în mod considerabil

riscul distrugerii celulelor sanguine elementare.

Trebuie asigurat un circuit continuu al sângelui între pacient si dispozitivul de filtrare

HGMS. Sângele ce este prelevat de la nivelul unei artere trece printr-un rezervor ce contine

purtatori magnetici cu liganzi specifici pentru diferite toxine din sânge ce vor fi purificati în

matricea HGMS magnetizata. Complexele magnetice sunt introduse cu o rata constanta în

incubator. Acest incubator trebuie sa aiba o constructie speciala, cu sicane de curgere speciale,

pentru realizarea unei dispersii cât mai bune a purtatorilor în sângele în curgere. De asemenea,

acest incubator ar trebui sa aiba o rezistenta hidraulica cât mai redusa pentru realizarea unei

curgeri fara pompare.

Dupa filtrare, sângele este reintrodus în organism printr-un abord vascular adecvat.

Plasma si celelalte componente sanguine nu sunt afectate de câmpul magnetic existent în

matricea HGMS. La o noua reutilizare a dispozitivului se sterilizeaza toate componentele

interne.

Timpul necesar detoxifierii totale a celor aproximativ 5 l de sânge depinde de o serie de

factori, printre care se numara:

. concentratia toxinelor

. rata de introducere a nanoparticulelor

. debitul de curgere al sângelui

. caracteristicile anatomice si fiziologice ale pacientului

Un grup de cercetatori a realizat un prim prototip pentru aceasta metoda, obtinând

rezultate promitatoare [35].

Digoxina, un cardiotonic puternic si interleukina-1.. o proteina inflamatorie au fost

utilizatein acest experiment pentru simularea unor molecule cu greutate moleculara mica,

respectiv mare. Sângele în care este introdusa digoxina si interleukina-1.a fost circulat ex vivo

printr-un dispozitiv realizat dintr-un sistem de tuburi de transfuzie. Nanoparticulele magnetice

functionalizate au fost injectate în dispozitiv în mod continuu si ulterior recuperate cu ajutorul

unui separator magnetic, înaintea recircularii sângelui.

La un sigur pasaj a sângelui prin sistem a fost îndepartata 75% din cantitatea de digoxina

introdusa si 40% din cantitatea de interleukin-1.. În urma circularii unui volum de 0,5l de sânge

combinat cu molecule de digoxina în configuratie de bucla închisa, s-a înregistrat o scadere a

concentratiei de medicament în 30 de minute de la un nivel initial toxic la o concentratie

terapeutica. Îndepartarea eficienta a 90% din molecule s-a înregistrat dupa 1,5h.

Prototipul realizat este alcatuit din 3 parti componente: un injector pentru introducerea

nanoparticulelor magnetice în sistemul circulator, un compartiment în care nanoparticulele se

cupleaza cu moleculele tinta si o unitate de separare ce foloseste gradienti înalti de câmp

magnetic (HGMS) pentru îndepartarea nanoparticulelor cuplate cu toxine, pentru ca apoi sângele

sa fie recirculat în sistem (fig 3.6).

Fig. 3.6 Schema unui dispozitiv de detoxifiere

Sistemul de injectare prezinta mai multe orificii pentru administrarea dispersiei de

nanoparticule în fluxul sanguin. Aceste orificii permit introducerea simultana la viteze variate a

unor tipuri de nanoparticule cu specificitate diferita. Pentru a mentine dispersia stabila, au fost

utilizate o serie de produse aprobate pentru uz intravenos (proteine sau diversi biopolimeri

Sistemul miniaturizat de injectare prin care dispersia de nanoparticule magnetice este

introdusa în circuitul extracorporeal, permite injectarea simultana a nanoparticulelor cu

specificitate diferita. Acest lucru este posibil prin reglarea independenta a debitului pentru

fiecare tub parte. Tuburile sunt conectate la câte un rezervor cu continut diferit. Metoda studiata

permite un tratament diferentiat în functie de pacient si de toxinele ce urmeaza a fi îndepartate.

Un alt grup de cercetatori a introdus o alta varianta a metodei. Tehnica este similara cu

cea prezentata anterior, diferenta constând în injectarea directa a nanoparticulelor în circulatia

sanguina.

Însa, introducerea nanoparticulelor in sistemul sanguin prezinta multe dezavantaje:

posibilitatea aparitiei ocluziei capilare, captarea rapida a nanoparticulelor de catre sistemul

reticuloendotelial, potential citotoxic, aparitia coagularii, extravazare, posibilitatea aparitiei unor

modificari la nivel tisular.

Nanoparticulele magnetice cu un diametru mai mare de 3-5 .m vor determina ocluzie

capilara având efecte adverse ireversibile ce duc în final la moartea subiectului. În figura 3.7 este

data o sectiune prin plamâni preluata de la o primata ce a murit la 90 de secunde dupa injectare

intravenoasa a unor nanoparticule magnetice cu un diametru de aproximativ 3 .m [36].

Fig. 3.7 Particulele magnetice cu un diametru de 3-5 .m pot produce ocluzii capilare

Utilizarea particulelor magnetice încorporate într-o matrice polimerica poate fi

considerata o sursa cu potential risc toxic. Pe o perioada lunga de timp, cristalele de magnetita

sunt în parte metabolizate, provocând o acumulare excesiva de fier în ficat si splina, si o parte

sunt încorporate în celulele sanguine rosii.

Particulele care nu au caracteristici de suprafata corespunzatoare sunt imediat îndepartate

(în decurs de câteva minute) de catre sistemul reticuloendotelial (ficat, splina etc). Totusi,

cercetarile ce au folosit lipozomi magnetici si nanoparticule la care s-au atasat derivati de

polietilen glicol au fost un succes, prelungindu-se durata de circulatie în sistemul intravascular.

4. Experimentari privind detoxifierea cu nanoparticule

superparamagnetice

4.1 Realizarea unui sistem HGMS de separare magnetica în gradient

înalt de câmp

Sistemul de separare magnetica în gradient de câmp înalt este compus dintr-o incinta

cilindrica din metal nemagnetic (otel inoxidabil nemagnetic), în care sunt plasate pe rând doua

matrice HGMS, M1+M2 .i M1+M3.

Matricele M1.i M2 sunt identice din punct de vedere constructiv (fig 4.1). Acestea sunt

constituite dintr-un ansamblu de 25 de inele suport din alama, cu diametrul interior D = 21,8mm.

Pe fiecare inel au fost fixate prin lipire cu aliaj pe baza de staniu, 10 fire feromagnetice din aliaj

Fe-Ni, cu diametrul d=0,3 mm. Cele 10 fire sunt paralele între ele si echidistante. Împachetarea

celor 25 de inele-suport s-a facut în asa fel încât toate firele ce alcatuiesc matricea sunt de

asemenea paralele între ele. În acest scop, pe fiecare inel s-a practicat un orificiu cu diametrul de

1,5 mm, ce are o pozitie fixa în raport cu pozitia de fixare a firelor.

Prin acest orificiu trece un stift de împachetare, mai lung decât lungimea totala a

pachetului de inele. Capatul acestuia este utilizat pentru pozitionarea matricei fata de directia

câmpului magnetic aplicat.

Diferenta dintre cele doua matrice consta în unghiul de înclinare diferit a firelor fata de

directia câmpului magnetic [37].

În cazul matricei M1 unghiul de înclinare este =900, iar pentru matricea M2 unghiul

are valoarea =450.

În partea de mijloc a incintei se gaseste un disc de separatie, ce delimiteaza spatiile de

separare corespunzatoare celor doua matrice.

Fig. 4.1 Inel suport matrice M1 .i M2

Matricea M3 este o matrice de tip “lâna magnetica”, fiind alcatuita din fire magnetizabile

foarte subtiri (10 – 50 .m) asezate haotic (fig. 4.2). Au fost decupate 5 discuri cu grosimea de

circa 10 mm de “lanâ magnetica”, care au fost împachetate si plasate în incinta a treia, formând

astfel o matrice capabila sa retina eventualele particule magnetice cu toxine ce au „scapat”

necaptate de prima matrice M1.

Fig. 4.2 Inel suport matrice M3

În partea mediana a incintei se afla patru stuturi, câte doua de fiecare parte si plasate

diametral opus. Stuturile sunt necesare pentru obtinerea conexiunilor adecvate, necesare

realizarii fazelor de functionare. Conexiunea dintre ele se face prin racordarea unor furtunuri

adecvate.

Incinta este prevazuta cu doua capace cu nipluri, prinse cu ajutorul a doua piulite. Fiecare

capac are practicat, la partea de contact cu incinta, un canal în care se afla o garnitura din

cauciuc, pentru etansare cât mai buna.

Atât capacul superior, cât si cel inferior sunt prevazute cu nipluri prin care se introduce,

respectiv se evacueaza lichidul de lucru.

Partile constructive ale sistemului HGMS sunt date in figura 4.3.

Fig. 4.3 Parti constructive ale sistemului HGMS

Sistemul magnetic HGMS construit care poate fi utilizat în detoxifiere este ilustrat în

figura4.4.

Fig. 4.4 Sistemul magnetic HGMS cu aplicabilitate în detoxifierea sângelui

4.2 Structura circuitului magnetic utilizat la generarea câmpului

magnetic de fond pentru sistemul magnetic HGMS

Pentru generarea câmpului magnetic de fond necesar magnetizarii matricelor M1, M2 si

M3 s-au utilizat doua circuite magnetice identice (fig 4.5).

Fiecare dintre acestea este alcatuit într-o configuratie de întrefier de tip C, care are ca

sursa de câmp magnetic doi magneti permanenti de înalta energie (Nd-Fe-Br). Circuitul magnetic

de închidere al liniilor de inductie magnetica este confectionat din otel moale cu permeabilitate

ridicata.

Fig 4.5 Circuit magnetic pentru generarea câmpului magnetic de fond

Fiecare dintre magnetii permanenti are o forma special adaptata pentru a obtine o

concentrare a liniilor de flux magnetic în întrefierul de lucru, în care va fi plasat sistemul HGMS

(fig. 4.6). De asemenea, circuitul magnetic este prevazut cu un sistem de prindere elastic care

permite deplasarea magnetilor permanenti de-a lungul axei lor cu circa 15 mm în fata sau în

spate. Aceasta posibilitate de reglaj permite apropierea sau departarea fetelor de forma circulara

a magnetului permanent, astfel încât se poate obtine un câmp magnetic variabil în întrefierul de

lucru. În acest sens, paramentrul d poate varia între 0-40 mm.

Fig. 4.6 Structura circuitului magnetic utilizat la generarea câmpului magnetic de fond

4.3 Experimentari privind performantele de captare ale matricei

HGMS

4.3.1 Parametrii constructivi determinati prin calcul

A. Determinarea factorului de împachetare, F, pentru matricele M1 si M2

Factorul de împachetare reprezinta raportul dintre volumul efectiv al firelor si volumul

total în care acesta se afla. Este un factor important de care depind performantele de captare ale

matricei.

Pentru determinarea factorului de împachetare s-a luat în calcul lungimea L a firului

necesar pentru un singur inel, care reprezinta suma celor 10 fire întinse pe inel:

Matricea este alcatuita din fire magnetice dintr-un aliaj Fe-Ni cu un diametru de 0,3 mm.

În aceasta situatie volumul teoretic al unui fir este:

Matricea contine 25 de inele cu câte 10 fire fiecare, astfel încât volumul total al firelor

matricei este:

, unde n este numarul total de inele,

Volumul incintei în care se gasesc plasate firele este:

În concluzie, factorul de împachetare al matricei M1 este:

sau

Factorul de împachetare al matricei M2 este identic cu al matricei M1, FM2= 1%, deoarece

matricea M2 este identica din punct de vedere constructiv, având doar o orientare diferita a

firelor magnetice fata de directia câmpului magnetic.

B. Determinarea factorului de împachetare, F, pentru matricea de tip dezordonat M3

Având în vedere ca volumul efectiv al firelor nu se poate calcula, datorita formei diferite

a sectiunii firelor si a diametrelor echivalente, s-a recurs la masurarea masei firelor si prin calcul

s-a dedus factorul de împachetare. Cu balanta analitica s-a masurat un element al matricei

dezordonate si s-a determinat astfel ca m=0,72 g. Masa totala a matricei dezordonate este:

m3= 5.m = 3,6 g

Factorul de împachetare este determinat de raportul dintre masa efectiva a firelor si masa

unui cilindru din acelasi material (otel inox) al carui volum este identic cu spatiul în care se afla

matricea. Astfel,

.

În acest caz, masa este:

Factorul de împachetare este:

, sau .

În concluzie, factorul de împachetare este 2%, mai mare decât ; acest lucru

indica o rezistenta hidraulica mai mare.

C. Determinarea inductiei magnetice în întrefierul de lucru (B0)

Pentru determinarea valorilor câmpului magnetic de fond am realizat o masuratoare de

câmp magnetic cu ajutorul unui gaussmetru cu sonda transversala. Sonda gaussmetrului a fost

plasata pe rând, in punctele P1, P2, P3, P4…. P9 (fig 4.7 ) iar valorile masuratorilor sunt aratate în

tabelul 4.1.

Fig. 4.7 Structura punctelor de masura a inductiei magnetice de fond în întrefierul filtrului

Tabelul 4.1 Valorile masurate ale inductiei magnetice de fond

Proba

Valoarea masurata B0

(T)

P1

0,160

P2

0,176

P3

0,190

P4

0,140

P5

0,148

P6

0,170

P7

0,138

P8

0,150

P9

0,155

Se observa ca în spatiul de lucru, acolo unde va fi plasata matricea feromagnetica a

filtrului HGMS, sunt variatii mici de neuniformitate. Se poate considera astfel ca în spatiul de

lucru inductia magnetica este relativ constanta.

Fig. 4.8 Variatia inductiei magnetice în spatiul de lucru pentru d1=32 mm

In figurile 4.9 si 4.10 sunt ilustrate variatiile inductiei magnetice în spatiul de lucru

pentru întrefier d2=19 mm si d3=10 mm.

Fig. 4.9 Variatia inductiei magnetice pentru d2=19 mm

Fig. 4.10 Variatia inductiei magnetice pentru d2=10 mm

Având în vedere diametrul exterior al matricei HGMS, piesele polare ale sistemului

magnetic au fost reglate la o distanta d=32 mm echivalenta cu diametrul exterior al

matricei. În acest caz inductia magnetica are valoarea B= 0,160 T.

D. Determinarea vitezei medii de curgere prin matricea M1 .i M2

Pentru a determina viteza medie de curgere, se considera o sectiune transversala efectiva

egala cu suprafata interioara a inelelor în care sunt plasate firele feromagnetice.

Fig. 4.11 Sectiunea trasversala a matricei

În mod corect, suprafata efectiva de trecere a lichidului este data de diferenta dintre

suprafata transversal interioara Si a inelelor, din care se scade suprafata transversala a firelor,

Sfire.

Din sectiunea transversala a incintei, care serve.te la calcularea vitezei medii de curgere

este Sef =320,8 mm2.

Debitul este determinat de sectiunea transversala a matricei (factor constant) .i viteza

medie de curgere a lichidului. Exprimat matematic,

Prin câteva teste preliminare în care s-a folosit o pompa peristaltica programabila pentru

a varia debitul lichidului, s-a constatat ca valoarea maxima a debitului reglat corespunde unei

viteze medii de 0,87 mm/s.

Curba debitului pentru pompa peristaltica este redata în figura 4.12.

Fig. 4.12 Debitul pompei peristaltice

În consecinta, viteza lichidului stabilita cu ajutorul pompei peristaltice este

insuficienta pentru a determina performantele matricei HGMS, din acest motiv am ales

solutia antrenarii lichidului prin diferente de înaltime .i am stabilit doua valori pentru H

(62 cm .i 80 cm).

În acest mod s-au putut realiza debite de aproximativ 100-500 ml/min, ceea ce

corespunde la o plaja de viteza de 30-150 mm/s.

E. Calculul capacitatii de retinere a matricelor M1 si M2

În mod teoretic, în prezenta câmpului magnetic se formeaza doua depozite simetrice de

microparticule, care au un d=3r, unde r este raza firului captator (fig. 4.13).

Fig. 4.13 Structura depozitelor formate pe firele captatoare

Cantitatea maxima de Fe3O4 captata de matricea M1 se poate calcula prin determinarea

sectiunii depozitului, care este data de diferenta între A4r si Ar împartita la 4, iar raza are

valoarea r=0,15 mm [38].

Deci,

Depozitele se formeaza simetric de o parte si de alta a firului pe directia câmpului

magnetic.

Masa de magnetita captata este data de cele doua depozite formate pe fir.

Pe cele doua 25 de inele se va capta masa totala:

În concluzie, capacitatea de retinere a matricei HGMS M1 si M2 este:

g

4.3.2 Teste experimentale

Montajul experimental folosit pentru teste este redat în figurile 4.14 .i 4.15.

Fig. 4.14 Montajul experimental pentru determinarea performantelor

sistemului magnetic HGMS

Fig. 4.15 Montajul experimental de laborator utilizat

Primele teste experimentale au fost realizate cu oxid ro.u de fier Fe2O3 (hematit). S-a

preparat un amestec de nanoparticule de Fe2O3 în apa cu glicerina 5g/l. S-a introdus în vasul de

alimentare si s-a fixat un debit de curgere D=250 ml/min, ceea ce corespunde unei viteze medii

prin matrice de vm=12,98 mm/s. S-a observat ca ansamblul de matrice M1+M2, si de asemenea

M1+M3 au retinut doar o fractie relativ mica (0,5 g) de microparticule din tot lichidul trecut.

Aceasta inseamna, pe deoparte ca în actuala situatie (B=0,160 T, vm=12,98 mm/s) inductia

magnetica este prea mica pentru a induce forte magnetice necesare captarii eficiente. Iar pe de

alta parte, nanoparticulele de oxid rosu de fier au proprietati slab magnetice.

În consecinta, daca s-ar utiliza oxid rosu de fier ca purtator magnetic în cazul

detoxifierii ar fi necesara cresterea însemnata a inductiei magnetice de fond (un alt sistem

de generare al câmpului magnetic si de asemenea o viteza medie a lichidului mai mica care

sa corespunda valorii inductiei magnetice).

S-a facut si o testare cu un debit foarte mic corespunzator unei viteze vm=3,24 mm/s si în

aceleasi conditii de câmp magnetic si compozitie a lichidului de lucru (apa, glicerina cu

vâscozitatea 3,5 Cp si B=0,160 T) si s-a constatat ca retinerea nanoparticulelor nu este

satisfacatoare. S-a determinat cantitatea retinuta 1,22 g din 10 g în total particule solide.

Testele finale au fost realizate având ca lichid de lucru o solutie de glicerina în apa, iar ca

nanoparticule am utilizat oxid negru de fier Fe3O4 (magnetita) de puritate 99,99% de provenienta

Sigma-Germania cu o granulatie cuprinsa între 10-100 nm.

Pentru determinarea vâscozitatii lichidului de lucru s-a utilizat un tabel din care a reie.it

ca la un procent de 40% glicerina (greutate) corespunde o vâscozitate de 3,72 cP. Rezulta ca

procentul în volum este de aproximativ 30% (40/ , g/cm3) .

Astfel s-a preparat 1500 ml solutie glicerina în apa (1050 ml apa + 450 ml glicerina

anhidrida) care are o vâscozitate teoretica de 3,72 cP, valoare care este similara sângelui uman

(vâscozitate sânge = 3-4 cP).

S-au realizat mai multe teste stabilindu-se ca parametrii variabili debitul de curgere .i

cantitatea de magnetita introdusa în suspensie. În principiu s-au stabilit mai multe valori ale

debitului (D1, D2, D3 .i D4) .i mai multe valori ale concentratiei de magnetita (c) în lichid (1,065

g, 2,13 g, 3,195 g .i 6,39 g de magnetita ).

Mai întâi am facut teste în care parametrul variabil a fost debitul, respectiv viteza.

Dupa introducerea magnetitei s-a procedat la o agitare mecanica timp de 3 minute la o

turatie N=373 rot/min.

S-a constatat vizual, dupa fiecare test ca in lichidul filtrat nu se gasesc particule de

magnetita, ceea ce arata ca sistemul HGMS retine absolut toata fractia magnetica. De aceea,

putem considera ca eficienta de captare maxima posibila de 99,99 %.

Rezultatele obtinute sunt ilustrate în tabelele 4.2, 4.3 .i 4.4.

Eficienta de captare a matricei se poate determina prin masurarea cantitatii de magnetita

introdusa în lichidul de lucru .i cantitatea de magnetita gasita în lichidul filtrat (care a trecut prin

matrice fara sa fie captata).

Testele au fost facute pentru o valoare a inductiei B0=0,160 T .i H=62 cm.

Tabelul 4.2 Eficacitatea retinerii în functie de viteza medie

Test

Debit

[ml/min]

Viteza

medie [mm/s]

Masa

magnetita [g]

E %

1

54

2,80

1,065

99,99

2

84

4,30

1,065

99,99

3

98

5,09

1,065

99,99

4

107,5

5,58

1,065

99,99

Urmatoarele teste s-au realizat în conditii de variatie a vitezei si doua valori ale masei de

Fe3O4 introdusa în lichidul de lucru.

Tabelul 4.3 Eficacitatea retinerii în functie de viteza medie si masa introdusa

Test

Debit

[ml/min]

Viteza

medie [mm/s]

Masa

magnetita [g]

E %

5

50,4

0,15

2,13

99,99

6

85

0,26

2,13

99,99

7

98

0,30

2,13

99,99

8

106

0,33

4,46

99,99

La ultimele teste, inductia magnetica a avut valoarea B0=0,160 T, H=80 cm, iar timpul de

agitare a fost de 3 minute la o turatie N=460 rot/min. S-a urmarit influenta cantitatii de magnetita

asupra eficientei. S-a ajuns la o masa de 6,39 g magnetita. Rezultatele sunt ilustrate în tabelul

4.4.

Tabelul 4.4 Eficacitatea retinerii în functie de masa de magnetita introdusa

Test

Debit

[ml/min]

Viteza

medie [mm/s]

Masa

magnetita [g]

E %

9

905

2,82

3,195

99,99

10

902

2,81

4,26

99,99

11

906

2,82

5,325

99,99

12

900

2,80

6,39

99,99

Dupa dezasamblare s-a studiat matricea M1 si matricea M2 si s-a observat urmatorul

aspect: matricea M2 era practic curata, fata de matricea M1 (fig. 4.16). Explicatia este ca

materialul magnetic introdus a fost captat în totalitate de matricea M1.

Fig. 4.16 Matricea M1 .i M2 la sfâr.itul experimentului

Determinarea rezistentei hidraulice a sistemului HGMS

Deoarece acest sistem poate fi utilizat la filtrarea (detoxifierea) sângelui este interesant de

aflat daca el introduce în circuitul sângelui o rezistenta de o anumita valoare care sa necesite

introducerea unei pompe peristaltice între intrarea .i iesirea sângelui.

Daca rezistenta hidraulica este extrem de mica atunci ar putea fi posibil renuntarea la

pompa de antrenare (deoarece diferenta de presiune între punctul de recoltare .i introducerea

sângelui este suficienta pentru miscarea sângelui).

În acest sens s-a decuplat incinta din circuit .i s-a înlocuit cu un tub cu sectiune

echivalenta. S-a constat prin verificare experimentala ca în conditiile H=80 cm debitele pentru

cele doua sisteme sunt aproape identice.Este normal sa se întample a.a deoarece factorul de

împachetare este 1% , asta înseamna ca 99 % din spatiu este gol.

Introducerea suspensiei de magnetita direct în rezervorul tampon

Ultimul test realizat a constat în introducerea unei suspensii de nanoparticule magnetice

în apa în rezervorul tampon pentru a observa eventualele fenomene care ar putea apare în situatia

practica când purtatorii magnetici activati cu liganzi pentru toxine sunt introdu.i (injectati) într-

un rezervor de incubare, în care are loc cuplarea între purtatorul activat .i toxina aflata în sânge

(fig.4.17).

Fig. 4.17 Introducerea suspensiei în rezervor

S-a observat ca acest mod de introducere este practic si nu produce perturbatii în

circulatia lichidului de lucru.

În conditiile experimentale date, s-a constatat ca sistemul magnetic HGMS are o

eficienta de retinere E=99,99%, ceea ce este maxim posibil.

În concluzie, acest sistem ar putea fi folosit cu succes la filtrarea nanoparticulelor

magnetice utilizate în detoxifierea sângelui.

Concluzii

. Metodele actuale de detoxifiere a organismului includ hemodializa, dializa peritoneala,

plasmafareza .i altele. Acestea sunt utilizate în practica medicala pentru pacientii cu

insuficienta renala .i hepatica, cu expunere la agenti bacteriologici, cu intoxicatii

medicamentoase.

. Metodele clasice de detoxifiere sunt limitate ca eficienta .i posibilitate foarte redusa de

aplicare în afara unitatilor spitalice.ti, iar uneori sunt incapabile de a îndeparta in mod

eficient toxinele din sânge.

. Au aparut .i s-au dezvoltat noi metode de detoxifiere sanguina dintre care se remarca o

metoda în esenta magnetica. Metoda magnetica de detoxifiere a sângelui consta în

utilizarea unor nano- sau microparticule magnetice functionalizate, care capteaza toxinele

aflate în sânge, iar ulterior sunt eliminate prin filtrare magnetica în gradient înalt de

câmp.

. Pe plan international aplicatiile biomedicale ale nanoparticulelor sunt intens studiate

datorita perspectivelor nelimitate de implementare în practica medicala. Astfel au fost

studiate transportul, vectorizarea .i eliberarea locoregionala de medicamente (în special

de citostatice), hipertermia intratumorala indusa prin câmpuri alternative de înalta

frecventa, metoda magnetotransfectiei, ce permite introducerea acizilor nucleici în celule,

precum .i alte aplicatii biomedicale care pot imbunatati sau înlocui metodele consacrate.

. În cadrul metodei detoxifierii pe cale magnetica a sângelui, o parte importanta este

reprezentata de separarea .i filtrarea în gradient de câmp magnetic.

. Principiul separarii în gradient de câmp magnetic consta în introducerea unor elemente

feromagnetice de dimensiuni foarte mici (fire subtiri, microbile, tesaturi metalice, lâna

magnetica etc.) într-un câmp magnetic de fond, practic uniform. Ca urmare, aceste

elemente introduc neuniformitati accentuate ale câmpului magnetic care în final

genereaza forte magnetice extrem de intense. Din acest motiv tehnica HGMS permite

captarea .i retinerea unor particule de dimensiuni foarte mici .i cu proprietati magnetice

slabe.

. Elementul caracteristic al unui sistem HGMS este matricea magnetica filamentara care,

în esenta, ofera un spatiu de captare foarte mare determinat în principal de un parametru

constructiv, numit factor de împachetare.

. Eficienta captarii .i retinerii HGMS depinde de mai multi parametrii, dintre care cei mai

importanti sunt intensitatea câmpului magnetic .i viteza medie de curgere a lichidului în

care se afla particulele.

. A fost realizat un model experimental de sistem HGMS destinat captarii .i retinerii unor

nanoparticule aflate într-un lichid de lucru similar ca vâscozitate cu sângele uman.

. Modelul HGMS este alcatuit dintr-o incinta cilindrica nemagnetica inoxidabila în

interiorul careia au fost plasate doua matrice filamentare în configuratia transversala de

curgere-captare. Incinta este închisa la capete cu ajutorul unui sistem de strângere cu

piulita .i doua .tuturi de forma semisferica.

. Matricile filamentare ale modelului au fost realizate din fire feromagnetice subtiri, cu

diametrul de 0,3 mm, a.ezate pe câte un inel de alama, pe fiecare inel fiind plasate câte

10 fire. În acest mod, au fost obtinute doua matrice asemanatoare din punct de vedere

constructiv, dar care au unghiul diferit de înclinare a firelor fata de directia câmpului

magnetic. Modelul mai poate utiliza .i o a treia matrice de tip dezordonat, lâna

magnetica.

. Factorul de împachetare al matricelor ordonate a fost F = 1%, iar la matricea dezordonata

factorul de impachetare a fost de 2 %.

. Sistemul HGMS a fost plasat în întrefierul generat de doua circuite magnetice de tip C, în

componenta carora se gasesc magneti permanenti Nd-Fe-Br, magneti de înalta energie;

au fost determinate valorile inductiei magnetice în spatiul de lucru (B0=0,160 T).

. S-a realizat un montaj experimental pentru determinarea performantelor modelului de

sistem HGMS, montaj alcatuit din: modelul de filtru HGMS, un vas de alimentare, un vas

de colectare, un rezervor tampon .i o seringa de capacitate 60 ml. Legaturile dintre aceste

elemente au fost realizate prin tuburi transparente flexibile.

. Ca lichid de lucru a fost preparata o solutie apa – glicerina, având viscozitatea similara cu

cea a sângelui (3,72 cP), iar particulele introduse si dispersate în lichidul de lucru au fost

nanoparticule de magnetita (Fe3O4).

. Au fost realizate teste experimentale pentru a determina eficienta de captare si retinere a

nanoparticulelor în diferite conditii de lucru, paramentrii variabili fiind debitul lichidului

trecut prin matrice .i cantitatea de magnetita introdusa.

. Experimentele efectuate au aratat ca la o viteza medie a lichidului de lucru cuprinsa între

2,80 mm/s si 47,06 mm/s, eficienta de captare magnetica a fost maxima posibila,

E=99,99%.

. S-a constatat de asemenea, ca la variatia cantitatii de magnetita introdusa în solutia de

lucru cuprinsa între 1,65 g .i 6,39 g, eficienta este maxim posibila E=99,99%. Se poate

afirma ca modelul HGMS realizat retine în totalitate nanoparticulele, chiar si atunci

când el a lucrat la parametrii maximi, respectiv v = 46,70 mm/s si cantitatea de 6,390 g

de magnetita.

. Au fost efectuate .i teste în care introducerea materialului magnetic a fost facuta printr-un

sistem cu seringa .i s-a costatat ca aceasta modalitate nu perturba circulatia normala a

lichidului de lucru, deci se poate aplica si practic.

. Dupa terminarea experimentarilor modelul HGMS a fost dezansamblat pentru observare.

Astfel am putut constata ca matricea M1, cu firele înclinate la 450, a captat în totalitate

materialul magnetic, iar matricea M2 a ramas practic curata. Acest fapt arata ca sistemul

realizat are o capacitate de captare si retinere mult mai mare decât cea pe care a avut-o în

cursul experimentarilor.

. Sistemul magnetic HGMS realizat .i testat experimental poate constitui chiar un prototip

de filtru magnetic HGMS destinat realizarii unui dispozitiv medical pentru detoxifiere pe

cale magnetica a sângelui uman.

Metoda detoxifierii prin procedeul magnetic ar putea în foarte scurt timp sa fie

aplicata în practica medicala, datorita faptului ca este mai rapida decât cele conventionale

si mai ales pentru posibilitatea de a fi folosita în afara unitatilor medicale si la un numar

relativ mare de pacienti.

Bibliografie

1. Ahmad S., Misra M., Hoenich N., Daugirdas JT., Handbook Apparatus:

Handbook of Dialysis, Lippincott Williams & Wilkins, Vol.4, 59-60, 2007.

2. Covic A., Hemodializa. Principii teoretice si practice, Editura Demiurg, Ia.i,

42-56, 138-144, 2010.

3. Laleman W., Verbeke L., Meersseman P., Wauters J., Cassiman D., Acute-on-

Chronic Liver Failure: Current Concepts on Definition, Pathogenesis, Clinical

Manifestations, and Potential Therapeutic Interventions, Expert Review of

Gastroenterology and Hepatology, Vol.5, Nr. 4, 523-537, 2011.

4. Rusu E., Micu D., Popescu I., Dializa hepatica MARS o noua tehnica de succes în

tratamentul insuficientelor hepatice severe, Stetoscop, 23-25, 2004.

5. Campli C.Di, Verme L.Zileri Dal, Andrisani M.C., Armuzzi A., Candelli

M., Gaspari R., Gasbarrini A., Advances in Extracorporeal Detoxification by MARS Dialysis

in Patients with Liver Failure, Current Medicinal Chemistry, Vol. 10, Nr. 4, 341-348,

2003.

6. Voiculecu M., Rolul sistemelor extracorporeale suportive hepatice în tratamentul

insuficientei hepatice acute,Medica Academica,2011.

7. Corneci D., Marinescu S., Artificial Liver Support, Timisoara Medical Journal,

Vol. 54, Nr. 1, 2004.

8. Singh M., Singh S., Prasada S., Gambhir I. S., Nanotechnology in medicine and

antibacterial effect of silver nanoparticles, Digest Journal of Nanomaterials and

Biostructures Vol. 3, Nr.3, 115 – 122, 2008.

9. Arrueboa M., Fernandez-Pachecoa R., Ibarra R.M., Santamaria J., Magnetic

nanoparticles for drug delivery, Nanotoday, Vol.2, Nr. 3, 22–32, 2007.

10. Sudimack J., Lee R.J., Targeted drug delivery via the folate receptor, Advanced

Drug Delivery Reviews, Vol. 41, Nr. 2, 147-162, 2000.

11. Edward P. Furlani, Magnetic Biotransport: Analysis and Applications, Materials,

Vol. 3, Nr. 4, 2412-2446, 2010.

12. Berry C., Progress in functionalization of magnetic nanoparticles for applications

in biomedicine, Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 42, Nr 22, 2009.

13. Lubbe AS., Bergemann C., Riess H., Clinical experiences with magnetic drug

targeting: a Phase I study with 4'-epidoxorubicin in 14 patients with advanced solid tumors,

Cancer Research, Vol.56, Nr. 20, 4686–4693, 1996.

14. Hafeli U., Schutt W., Teller J., Scientific and Clinical Applications of Magnetic

Carriers, Plenum, 504-508, 1997.

15. Courtney R. T., Ferris D.P., Lee J-H., Choi E., Cho M., Kim E., Fraser Stoddart

J., Shin J-S., Cheon J., Zink J.I., Noninvasive Remote-Controlled Release of Drug

Molecules in Vitro Using Magnetic Actuation of Mechanized Nanoparticles,Journal of the

American Chemical Society, Vol 132, Nr 31, 10623-10625, 2010.

16. Chorny M., Fishbein I., Alferiev B., Bakay M., Targeting stents with local

delivery of paclitaxel-loaded magnetic nanoparticles using uniform fields, Proceedings of

the National Academy of Sciences, Vol. 107, Nr. 18, 8346-8351, 2010.

17. Plank C., Anton M., Rudolph C., Rosenecker J., Krötz F., Enhancing and

targeting nucleic acid delivery by magnetic force, Expert opinion on biological therapy,

Vol.3, Nr.5, 745–58, 2003.

18. Kamau S.W., Hassa P.O., Steintz B., Hofmann H., Hofmann-Amtenbrink M., B.

von Rechenberg, Hottinger M.O., Enhancement of the efficiency of non-viral gene delivery

by application of pulsed magnetic field, Nucleic Acids Research, Vol. 34, Nr. 5, 40, 2006.

19. Buerli T., Pellegrina C., Baer K., Lardi-Studler B., Chudotvorova I., Fritschy J-M,

Medina I., Fuhrer C., Efficient transfection of DNA or shRNA vectors into neurons using

magnetofection, Nature Protocols, Vol. 2, Nr. 12, 3090-3101, 2007.

20. Hergt R., Dutz S., Muller R., Zeisberger M., Magnetic particle hyperthermia:

nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy, Journal of Physics:

Condensed Matter, Vol. 18, Nr 38, 2919-2934, 2006.

21. Jordan A., Scholz R., Maier-Hauff K., Johannsen M., Wust P., Nadobny J.,

Schirra H., Schmidt H., Deger S., Loening S., Lanksch W., Felix R., Presentation of a new

magnetic field therapy system for the treatment of human solid tumors with magnetic fluid

hyperthermia, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 225, Nr. 1, 118-126,

2001.

22. Wilhelm C., Fortin J.P., Gazeau F., Tumour cell toxicity of intracellular

hyperthermia mediated by magnetic nanoparticles, Journal of Nanoscience and

Nanotechnology, Vol. 7, Nr. 8, 2933-2937, 2007.

23. Motoyama J., Yamashita N., Morino T., Tanaka M., Kobayashi T., Honda H.,

Hyperthermic treatment of DMBA-induced rat mammary cancer using magnetic

nanoparticles, Biomagnetic Research and Technology, Vol. 6, No. 2, 1-6, 2008.

24. Saiyed Z.M., Telang S.D., Ramchand C.N.,Application of magnetic techniques in

the field of drug discovery and biomedicine, Biomagnetic Research and Technology, Vol.

1, Nr.2, 2003.

25. Ivo S., Safarikova M., Overview of magnetic separation used in biochemical and

biotechnological applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 323-

340,2001

26. Scarberry K.E, Dickerson E.B., Zhang B.J., Beningno B.B., McDonald J.F.,

Selective removal of ovarian cancer cells from human ascites fluid using magnetic

nanoparticles, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Vol. 6, Nr. 3, 399-

408, 2010.

27. Silva M.N., Almeida M.V., Goldberg J.L, Developing superparamagnetic

nanoparticles for central nervous system axon regeneration, Nanotech 2007, Vol. 2, Nr.10,

791-794, 2007.

28. Corchero L.J., Seras J., García-Fruitós E., Vazquez E., Villaverde A.,

Nanoparticle-assisted tissue engineering, Bio Tech International, Vol. 22, Nr. 3, 13-16,

2010.

29. Munteanu I., Fizica solidului, Editura Universitatii Bucuresti, 647-675, 2003.

30. Furlani E.P., Magnetic Biotransport: Analysis and applications, Materials, Vol.

3, Nr. 4, 2412-2446, 2010

31. Iacob G., Tehnici magnetice de separare. Aplicatii biomedicale si în protectia

mediului, Editura Sedcom Libris, 56-62, 2005.

32. Kumar C.S., Hormes J., Leuschner C., Nanofabrication Towards Biomedical

Application, Wiley- Vch, 304-310, 2005.

33. Kaminski M.D., Chen H., Rosengart A.J., 2D modeling and preliminary in vitro

investigation of a prototype high gradient magnetic separator for biomedical applications,

Medical Engineering and Physics, Vol. 30, Nr. 1, 1-8, 2008.

34. Herrmann I.K., Bernabei R.E., Urner M., Grass R.N., Beck-Schimmer B., Stark

M.J., Device for continuous extracorporeal blood purification using target-specific metal

nanomagnets, Oxford Journals, Vol. 26, Nr. 9, 2948-2954, 2010.

35. Kaminski M.D., Rosengart A.J., Detoxification of blood using injectable

magnetic nanospheres: A conceptual technology description, Journal of Magnetism and

Magnetic Materials, Vol. 293, Nr. 1, 398-403, 2005.

36. Chen H., Kaminski M.D., Liu X., Mertz C., Torno M.D., Rosengart A.J., A novel

detoxification system based on a nanoscale bioengineering and magnetic separation

techniques, Medical Hypotheses, Vol. 68, Nr. 5, 1071-1079, 2007.

37. Iacob Gh., Ciochina Al. D., Bredetean O., High Gradient Magnetic Separation

Ordered Matrices, European Cells and Materials, Vol.3, Nr. 2, 167-169, 2002.

38. Rezlescu N., Badescu V., Bradu E.B., Iacob Gh, Principiile separarii magnetice

a materialelor, Editura Academiei Române, Bucuresti, 200-224 , 1984.

Bibliografie

1. Ahmad S., Misra M., Hoenich N., Daugirdas JT., Handbook Apparatus:

Handbook of Dialysis, Lippincott Williams & Wilkins, Vol.4, 59-60, 2007.

2. Covic A., Hemodializa. Principii teoretice si practice, Editura Demiurg, Ia.i,

42-56, 138-144, 2010.

3. Laleman W., Verbeke L., Meersseman P., Wauters J., Cassiman D., Acute-on-

Chronic Liver Failure: Current Concepts on Definition, Pathogenesis, Clinical

Manifestations, and Potential Therapeutic Interventions, Expert Review of

Gastroenterology and Hepatology, Vol.5, Nr. 4, 523-537, 2011.

4. Rusu E., Micu D., Popescu I., Dializa hepatica MARS o noua tehnica de succes în

tratamentul insuficientelor hepatice severe, Stetoscop, 23-25, 2004.

5. Campli C.Di, Verme L.Zileri Dal, Andrisani M.C., Armuzzi A., Candelli

M., Gaspari R., Gasbarrini A., Advances in Extracorporeal Detoxification by MARS Dialysis

in Patients with Liver Failure, Current Medicinal Chemistry, Vol. 10, Nr. 4, 341-348,

2003.

6. Voiculecu M., Rolul sistemelor extracorporeale suportive hepatice în tratamentul

insuficientei hepatice acute,Medica Academica,2011.

7. Corneci D., Marinescu S., Artificial Liver Support, Timisoara Medical Journal,

Vol. 54, Nr. 1, 2004.

8. Singh M., Singh S., Prasada S., Gambhir I. S., Nanotechnology in medicine and

antibacterial effect of silver nanoparticles, Digest Journal of Nanomaterials and

Biostructures Vol. 3, Nr.3, 115 – 122, 2008.

9. Arrueboa M., Fernandez-Pachecoa R., Ibarra R.M., Santamaria J., Magnetic

nanoparticles for drug delivery, Nanotoday, Vol.2, Nr. 3, 22–32, 2007.

10. Sudimack J., Lee R.J., Targeted drug delivery via the folate receptor, Advanced

Drug Delivery Reviews, Vol. 41, Nr. 2, 147-162, 2000.

11. Edward P. Furlani, Magnetic Biotransport: Analysis and Applications, Materials,

Vol. 3, Nr. 4, 2412-2446, 2010.

12. Berry C., Progress in functionalization of magnetic nanoparticles for applications

in biomedicine, Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 42, Nr 22, 2009.

13. Lubbe AS., Bergemann C., Riess H., Clinical experiences with magnetic drug

targeting: a Phase I study with 4'-epidoxorubicin in 14 patients with advanced solid tumors,

Cancer Research, Vol.56, Nr. 20, 4686–4693, 1996.

14. Hafeli U., Schutt W., Teller J., Scientific and Clinical Applications of Magnetic

Carriers, Plenum, 504-508, 1997.

15. Courtney R. T., Ferris D.P., Lee J-H., Choi E., Cho M., Kim E., Fraser Stoddart

J., Shin J-S., Cheon J., Zink J.I., Noninvasive Remote-Controlled Release of Drug

Molecules in Vitro Using Magnetic Actuation of Mechanized Nanoparticles,Journal of the

American Chemical Society, Vol 132, Nr 31, 10623-10625, 2010.

16. Chorny M., Fishbein I., Alferiev B., Bakay M., Targeting stents with local

delivery of paclitaxel-loaded magnetic nanoparticles using uniform fields, Proceedings of

the National Academy of Sciences, Vol. 107, Nr. 18, 8346-8351, 2010.

17. Plank C., Anton M., Rudolph C., Rosenecker J., Krötz F., Enhancing and

targeting nucleic acid delivery by magnetic force, Expert opinion on biological therapy,

Vol.3, Nr.5, 745–58, 2003.

18. Kamau S.W., Hassa P.O., Steintz B., Hofmann H., Hofmann-Amtenbrink M., B.

von Rechenberg, Hottinger M.O., Enhancement of the efficiency of non-viral gene delivery

by application of pulsed magnetic field, Nucleic Acids Research, Vol. 34, Nr. 5, 40, 2006.

19. Buerli T., Pellegrina C., Baer K., Lardi-Studler B., Chudotvorova I., Fritschy J-M,

Medina I., Fuhrer C., Efficient transfection of DNA or shRNA vectors into neurons using

magnetofection, Nature Protocols, Vol. 2, Nr. 12, 3090-3101, 2007.

20. Hergt R., Dutz S., Muller R., Zeisberger M., Magnetic particle hyperthermia:

nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy, Journal of Physics:

Condensed Matter, Vol. 18, Nr 38, 2919-2934, 2006.

21. Jordan A., Scholz R., Maier-Hauff K., Johannsen M., Wust P., Nadobny J.,

Schirra H., Schmidt H., Deger S., Loening S., Lanksch W., Felix R., Presentation of a new

magnetic field therapy system for the treatment of human solid tumors with magnetic fluid

hyperthermia, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 225, Nr. 1, 118-126,

2001.

22. Wilhelm C., Fortin J.P., Gazeau F., Tumour cell toxicity of intracellular

hyperthermia mediated by magnetic nanoparticles, Journal of Nanoscience and

Nanotechnology, Vol. 7, Nr. 8, 2933-2937, 2007.

23. Motoyama J., Yamashita N., Morino T., Tanaka M., Kobayashi T., Honda H.,

Hyperthermic treatment of DMBA-induced rat mammary cancer using magnetic

nanoparticles, Biomagnetic Research and Technology, Vol. 6, No. 2, 1-6, 2008.

24. Saiyed Z.M., Telang S.D., Ramchand C.N.,Application of magnetic techniques in

the field of drug discovery and biomedicine, Biomagnetic Research and Technology, Vol.

1, Nr.2, 2003.

25. Ivo S., Safarikova M., Overview of magnetic separation used in biochemical and

biotechnological applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 323-

340,2001

26. Scarberry K.E, Dickerson E.B., Zhang B.J., Beningno B.B., McDonald J.F.,

Selective removal of ovarian cancer cells from human ascites fluid using magnetic

nanoparticles, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Vol. 6, Nr. 3, 399-

408, 2010.

27. Silva M.N., Almeida M.V., Goldberg J.L, Developing superparamagnetic

nanoparticles for central nervous system axon regeneration, Nanotech 2007, Vol. 2, Nr.10,

791-794, 2007.

28. Corchero L.J., Seras J., García-Fruitós E., Vazquez E., Villaverde A.,

Nanoparticle-assisted tissue engineering, Bio Tech International, Vol. 22, Nr. 3, 13-16,

2010.

29. Munteanu I., Fizica solidului, Editura Universitatii Bucuresti, 647-675, 2003.

30. Furlani E.P., Magnetic Biotransport: Analysis and applications, Materials, Vol.

3, Nr. 4, 2412-2446, 2010

31. Iacob G., Tehnici magnetice de separare. Aplicatii biomedicale si în protectia

mediului, Editura Sedcom Libris, 56-62, 2005.

32. Kumar C.S., Hormes J., Leuschner C., Nanofabrication Towards Biomedical

Application, Wiley- Vch, 304-310, 2005.

33. Kaminski M.D., Chen H., Rosengart A.J., 2D modeling and preliminary in vitro

investigation of a prototype high gradient magnetic separator for biomedical applications,

Medical Engineering and Physics, Vol. 30, Nr. 1, 1-8, 2008.

34. Herrmann I.K., Bernabei R.E., Urner M., Grass R.N., Beck-Schimmer B., Stark

M.J., Device for continuous extracorporeal blood purification using target-specific metal

nanomagnets, Oxford Journals, Vol. 26, Nr. 9, 2948-2954, 2010.

35. Kaminski M.D., Rosengart A.J., Detoxification of blood using injectable

magnetic nanospheres: A conceptual technology description, Journal of Magnetism and

Magnetic Materials, Vol. 293, Nr. 1, 398-403, 2005.

36. Chen H., Kaminski M.D., Liu X., Mertz C., Torno M.D., Rosengart A.J., A novel

detoxification system based on a nanoscale bioengineering and magnetic separation

techniques, Medical Hypotheses, Vol. 68, Nr. 5, 1071-1079, 2007.

37. Iacob Gh., Ciochina Al. D., Bredetean O., High Gradient Magnetic Separation

Ordered Matrices, European Cells and Materials, Vol.3, Nr. 2, 167-169, 2002.

38. Rezlescu N., Badescu V., Bradu E.B., Iacob Gh, Principiile separarii magnetice

a materialelor, Editura Academiei Române, Bucuresti, 200-224 , 1984.