金ナノ粒子およびナノクラスターによる生物学的媒体中での高周波場の吸収の研究

Study of absorption of radio frequency field by gold nanoparticles and nanoclusters in biological medium.

• Ashwin Kumar Narasimhan
• Geetha Chakaravarthi
• M S Ramachandra Rao
• Kavitha Arunachalam

抄録

金ナノ粒子（AuNP）や金ナノクラスター（AuNC）は、生体適合性が高く、機能化が容易であることから、医療診断や治療への応用が期待されている。これらのナノ粒子と高周波（RF）場との相互作用は曖昧であり、高熱治療のための研究が必要とされている。本研究では、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)中に分散させたAuNPとAuNCによる静電容量性高周波磁場の吸収について、組織を模倣したファントムを用いた系統的な研究を報告する。また、PBS中に分散したAuNPとAuNCの安定性は、RF温熱治療中に予想されるpHと温度の範囲で確認された。AuNPs（10nm）とAuNCs（2nm）、および対照、すなわちナノゴールドを含まないPBSを含むコロイダル金溶液を、組織ファントム内の3mlウェルに個別にロードした。ファントムの加熱は、コントロールおよびコロイド状金溶液については、２７ＭＨｚ短波ジアテルミー装置を用いて、２００Ｗおよび４００Ｗで行った。実験は、異なる金濃度（１０-１００μｇ／ｍｌ）のコロイド金について実施した。ファントムウェルで測定された温度上昇は、AuNPの濃度や大きさに依存しなかった。さらに、コントロールで記録された温度上昇は、両方のナノゴールド懸濁液(2, 10nm)で記録された測定値と同等であった。コントロールとコロイダル金の誘電特性の測定では、両方のナノ粒子サイズについて、コントロールとコロイダル金の間の電気伝導度に3%未満の差を示した。これらの測定結果から、AuNPとAuNCは高周波静電容量場の吸収を促進せず、生体内で観測された電力吸収は生体内に存在するイオンによるものであると結論づけられた。

Gold nanoparticles (AuNPs) and gold nanoclusters (AuNCs) are gaining interest in medical diagnosis and therapy as they are bio-compatible and are easy to functionalize. Their interaction with radiofrequency (RF) field for hyperthermia treatment is ambiguous and needs further investigation. A systematic study of the absorption of capacitive RF field by AuNPs and AuNCs dispersed in phosphate-buffered saline (PBS) is reported here in tissue mimicking phantom. The stability of AuNPs and AuNCs dispersed in PBS was confirmed for a range of pH and temperature expected during RF hyperthermia treatment. Colloidal gold solutions with AuNPs (10 nm) and AuNCs (2 nm), and control, i.e. PBS without nanogold, were loaded individually in 3 ml wells in a tissue phantom. Phantom heating was carried out using 27 MHz short-wave diathermy equipment at 200 and 400 W for control and colloidal gold solutions. Experiments were conducted for colloidal gold at varying gold concentrations (10-100 µg/ml). Temperature rise measured in the phantom wells did not show dependence on the concentration and size of the AuNPs. Furthermore, temperature rise recorded in the control was comparable with the measurements recorded in both nanogold suspensions (2, 10 nm). Dielectric property measurements of control and colloidal gold showed <3% difference in electrical conductivity between the control and colloidal gold for both nanoparticle sizes. From the measurements, it is concluded that AuNPs and AuNCs do not enhance the absorption of RF-capacitive field and power absorption observed in the biological medium is due to the ions present in the medium.