マグネトソームの磁気温熱療法への応用

Application of Magnetosomes in Magnetic Hyperthermia.

• Nikolai A Usov
• Elizaveta M Gubanova

抄録

マグネトソームは、自然界に存在する磁力細菌によって合成されたナノ粒子であり、癌治療における磁気温熱療法への応用が期待されています。本研究では、確率的Landau-Lifshitz方程式の解を用いて、マグネトソーム鎖の集合体の交流磁場中での比吸収率（SAR）を、粒子径、鎖内の粒子間距離、鎖軸に対する印加磁場の角度に依存して計算した。SARの/比への依存性は、最大値が顕著なベル型であることが示された。最適に選択された/比を持つ希薄な配向鎖集合体では、鎖粒子間の強い磁気双極子相互作用により、ほぼ矩形のヒステリシスループが形成され、中程度の周波数=300kHz、小磁場振幅=50-100Oeで400-450W/gのオーダーの大きなSAR値が得られることがわかった。SARの最大値は、ナノ粒子の直径と鎖の長さに弱く依存するだけである。しかし、異なる鎖のナノ粒子の強い磁気双極子相互作用のために、密な鎖の集合体では、SARの有意な減少が起こる。

Nanoparticles, specifically magnetosomes, synthesized in nature by magnetotactic bacteria, are very promising to be usedin magnetic hyperthermia in cancer treatment. In this work, using the solution of the stochastic Landau-Lifshitz equation, we calculate the specific absorption rate (SAR) in an alternating (AC) magnetic field of assemblies of magnetosome chains depending on the particle size , the distance between particles in a chain , and the angle of the applied magnetic field with respect to the chain axis. The dependence of SAR on the / ratio is shown to have a bell-shaped form with a pronounced maximum. For a dilute oriented chain assembly with optimally chosen /ratio,a strong magneto-dipole interaction between the chain particles leads to an almost rectangular hysteresis loop, and to large SARvaluesin the order of 400-450 W/g at moderate frequencies = 300 kHz and small magnetic field amplitudes = 50-100 Oe. The maximum SAR value only weakly depends on the diameter of the nanoparticles and the length of the chain. However, a significant decrease in SAR occurs in a dense chain assembly due to the strong magneto-dipole interaction of nanoparticles of different chains.