Hispanopedia WikiLos nanorings magnéticos son una forma de nanopartículas magnéticas , generalmente hechas de óxido de hierro con forma de anillo. Tienen múltiples aplicaciones en el campo de la medicina y la ingeniería informática. En ensayos experimentales, proporcionan una forma más localizada de tratamiento del cáncer al atacar células individuales en lugar de una región cancerosa general del cuerpo, así como una imagen más clara de los tumores al mejorar la precisión en la identificación de las células cancerosas. [ 1 ] [ 2 ] También permiten una MRAM (unidad de almacenamiento de memoria en una computadora) más eficiente y pequeña, lo que ayuda a reducir el tamaño de la tecnología que la aloja. [ 3 ] Los nanorings magnéticos se pueden producir en diversas composiciones, formas y tamaños utilizando nanorings de hematita como estructura base. [ 4 ]
Aplicaciones
Tratamiento del cáncer
Se ha demostrado experimentalmente que los nanorings magnéticos mejoran la precisión del tratamiento de hipertermia contra el cáncer y las imágenes oncológicas. [ 1 ] [ 2 ]
Tratamiento del cáncer mediante hipertermia
Numerosos estudios han demostrado que los nanorings magnéticos mejoran el tratamiento del cáncer mediante hipertermia magnética al dirigirse a las células cancerosas y limitar la cantidad de calentamiento ambiental, creando así un tratamiento más personalizado. [ 1 ]
La hipertermia magnética es una subdivisión experimental del tratamiento del cáncer mediante hipertermia que utiliza la vulnerabilidad de las células cancerosas a altas temperaturas, típicamente de 40 a 44 grados Celsius, para iniciar la muerte celular. [ 5 ] [ 6 ] La hipertermia magnética utiliza las propiedades de calentamiento de la histéresis magnética mediante la inyección de nanopartículas magnéticas en el área cancerosa, y luego aplica un campo magnético alterno para conducir el calor. [ 5 ] [ 6 ] El uso de nanopartículas magnéticas es particularmente útil porque puede alcanzar regiones del cuerpo a las que los tratamientos superficiales (como microondas, ultrasonidos y radiación) no pueden llegar, y puede permanecer en la región cancerosa durante un período prolongado de tiempo, lo que permite múltiples sesiones de tratamiento por inyección. [ 5 ] [ 6 ] Además, existe un fácil control de la cantidad de calor en función del tamaño y la forma de la nanopartícula magnética, y puede unirse temporalmente a anticuerpos para una focalización eficaz del tumor. [ 5 ] [ 6 ] Si bien puede haber preocupación con respecto a la toxicidad aguda por el uso de metales extraños, la dosis está muy por debajo del rango de toxicidad aguda, y los estudios han sugerido que es más seguro que otros métodos debido a su precisión y efectividad dentro de un rango de temperatura más bajo. [ 5 ] [ 6 ]
Los estudios también han demostrado que el tratamiento de hipertermia basado en nanorings magnéticos puede utilizarse junto con técnicas de bloqueo inmunitario de puntos de control, lo que permite activar el sistema inmunitario del cuerpo para que ataque la región cancerosa. [ 6 ] [ 7 ] En concreto, la inducción de la reacción de Fenton puede eliminar las células cancerosas de forma más eficaz e impedir el crecimiento de nuevas células. [ 6 ] [ 7 ] La reacción de Fenton, una reacción que involucra iones de hierro, funciona transformando el entorno ácido del cáncer en un entorno básico inhóspito para las células cancerosas. Por consiguiente, los nanorings magnéticos que contienen hierro son especialmente útiles para el tratamiento del cáncer. [ 7 ]
Los métodos anteriores de tratamiento del cáncer mediante hipertermia magnética utilizaban nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas (SPION) en forma de esfera, que calentaban de forma inespecífica el entorno alrededor del tumor, destruyendo las células sanas. [ 1 ] En comparación, las partículas de óxido de hierro en vórtice (VIP), un nanoanillo magnético, permiten una hipertermia intracelular más controlada y precisa. [ 1 ] La hipertermia intracelular se produce cuando la VIP entra en la célula y se calienta desde el interior, lo que permite una forma de hipertermia aún más específica. [ 1 ] Las VIP también pueden producir un vórtice magnético, que se produce cuando los momentos magnéticos (medida de la intensidad y dirección del magnetismo) de las VIP se curvan hacia adentro bajo un campo magnético alterno. [ 1 ] La curvatura hacia adentro de los momentos magnéticos provoca la producción de calor solo dentro del vórtice, lo que permite una forma de tratamiento más eficiente y menos dañina. [ 1 ]
Imágenes oncológicas
Se ha demostrado en experimentos que los nanorings magnéticos generan imágenes de resonancia magnética (RM) y fotoacústicas más nítidas de tumores. [ 2 ] Esta forma de nanoring magnético contiene oro y tiene forma de corona. [ 2 ] Una vez más, el nanoring magnético identifica las células cancerosas con mayor eficacia que los métodos anteriores, ya que la forma de corona se desintegra en respuesta a un campo magnético y a altos niveles de glutatión , una sustancia química presente específicamente en las células cancerosas, lo que permite obtener imágenes de mayor contraste. [ 2 ]
MRAM
Los nanorings magnéticos se utilizan en la MRAM (memoria de acceso aleatorio magnética) debido a su capacidad para conmutar corrientes rápidamente. [ 3 ] Los nanorings magnéticos reemplazaron a las partículas de GMR ( magnetorresistencia gigante ) en la CIMS (conmutación de magnetización inducida por corriente) de la MRAM porque la forma ovalada o rectangular alargada de la GMR causaría interferencia con las GMR vecinas. [ 3 ] [ 8 ] Esta interferencia crearía ruido magnético, disminuyendo así la efectividad de la MRAM. [ 3 ] [ 8 ] En comparación, la estructura simétrica de los nanorings magnéticos reduce las interacciones con los nanorings vecinos, creando así una MRAM más consistente y confiable. [ 3 ] [ 8 ] El tamaño más pequeño de los nanorings también permite un menor consumo de energía y la creación de una MRAM más compacta, reduciendo finalmente el tamaño de los componentes electrónicos. [ 3 ]
Síntesis
Los nanorings magnéticos se crean mediante síntesis hidrotermal (una reacción de síntesis que ocurre a altas temperaturas) con microondas para facilitar una velocidad de reacción más rápida . [ 9 ]
(Hematites)
![{\displaystyle {\mathrm {\alpha } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fe3e2e26180711e34345d914c02874dd7abfc6f7)
Casi todas las formas de nanoanillos magnéticos se forman modificando la hematita (), que se crea combinando cloruro de hierro(III) acuoso y dihidrogenofosfato de amonio acuoso a 220 grados Celsius. [ 9 ] [ 4 ] La alteración de la cantidad de reactivos controla la forma y el tamaño de la hematita producida. [ 4 ]
![{\displaystyle {\mathrm {FeCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} ){}+{}\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} ){}\mathrm {\longrightarrow } {}\mathrm {\alpha } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vfantasma {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/206c98854065371720aa6bc400844b2ecf33c4e3)
y
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Se produce combinando hematita con gas hidrógeno a 420 grados Celsius durante 120 minutos. [ 4 ]
![{\displaystyle {\mathrm {\alpha } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} ){}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {g} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/75683a422bc2ba6d3c88046455b52e1c184a1c4d)
se produce por enfriamientoa 210 grados Celsius con aire durante 120 minutos. [ 4 ]
![{\displaystyle {\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} ){}+{}\mathrm {aire} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {\gamma } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de28bf7f79a559162a8f7776c6c57f6d0b6f55b3)
![{\displaystyle {\mathrm {MFe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/45604a84c531c8871b1b6e04965c469bd64341ef)
M es un metal con una carga de 2+, como Co, Mn, Ni y Cu.se produce mezclandocon una solución acuosa con iones metálicos e iones hidróxido a 60 grados Celsius, luego un hidróxido metálico () se forma un recubrimiento sobre la hematita. [ 4 ] La hematita con un recubrimiento de hidróxido metálico se calienta luego a 300 grados Celsius durante 30 minutos con gas hidrógeno, y luego se calienta de nuevo a 720 grados Celsius durante 3 horas con aire para formar. [ 4 ]
![{\displaystyle {\mathrm {M} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a3280da09e0752f39be88f2f9d3ec295a796b051)
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![{\displaystyle {\mathrm {\alpha } {\text{-}}\mathrm {Fe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} ){}+{}\mathrm {M} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} ){}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {MFe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {s} )}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f90a3c0fa56cde7b74887ebdb84bc807ae1cf0bd)
Véase también
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 7 8 Días, Carlos SB; Hanchuk, Talita DM; Wender, Heberton; Shigeyosi, Willian T.; Kobarg, Jörg; Rossi, André L.; Tanaka, Marcelo N.; Cardoso, Mateus B.; García, Flávio (diciembre de 2017). "Forma de nanoanillos magnéticos personalizados para la terapia del cáncer con hipertermia intracelular" . Informes científicos . 7 (1): 14843. Código bibliográfico : 2017NatSR...714843D . doi : 10.1038/s41598-017-14633-0 . ISSN 2045-2322 . PMC 5665982 . PMID 29093500 .
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- Nanoelectrónica