способ проведения магнитной терапии злокачественных образований

Формула изобретения

1. Способ проведения магнитной терапии злокачественных новообразований введением внутрь опухоли частиц и последующим воздействием - нагревом энергией электромагнитного поля, отличающийся тем, что в качестве материала частиц используют вещество с большой величиной магнитокалорического эффекта и имеющее температуру магнитного фазового перехода, лежащую вблизи температуры человеческого тела и выбранное из группы, включающей редкоземельные, переходные и благородные металлы, а также их сплавы и интерметаллические соединения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитного материала используют частицы сплава железо-родий, в частности Fe_0,49Rh_0,51 .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физическим методам лечения и может быть использовано для магнитотерапии некоторых видов злокачественных новообразований.

Известно, что в последнее время магнитное поле и магнитные материалы широко используют при создании лекарственных форм, фармпрепаратов, а также при диагностике и лечении различных заболеваний - в магнитотерапии.

В частности известно магнитотерапевтическое лечение опорно-двигательного аппарата воздействием на тело пациента магнитным полем с величиной магнитной индукции от 10 до 30 мТл, генерированным магнитным материалом в виде магнитной пленки феррит-граната; в процессе магнитотерапии магнитную пленку перемещают над телом пациента (RU 2193423, 27.11.2002). Однако указанный известный магнитный материал не используется при гипертермической электромагнитной терапии опухолей, в том числе злокачественных образований.

Известно, что температура до 39°С стимулирует рост опухоли, выше 39°С жизнеспособность опухолевых клеток снижается, а при 40-42°С резко подавляется. При действии температуры 42°С в течение часа наступают необратимые изменения. Здоровая ткань остается жизнеспособной при температуре 43°С в течение 150 мин и даже при температуре 46°С до часа. Следовательно, степень повреждения опухоли определяется как температурой воздействия, так и экспозицией (Кулемин В.В. Котомин С.В. Альбицкий В.Б. Варигин Ю.А. Общая управляемая экзогенная гипертермия с гипергликемией и химиотерапией под наркозом, с гипотермией мозга при лечении злокачественных опухолей. Физическая медицина, 1991, с.21, 29).

Известен способ проведения гипертермической электромагнитной терапии злокачественных новообразований путем локального нагрева опухоли электромагнитным излучением ВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонов до температуры 42-44°С и поддержание этой температуры в течение времени 30-120 мин с точностью ±0,5°С. При этом контроль температуры нагреваемого участка осуществляется комплектом инвазивных игольчатых (диаметром до 1 мм) и катетерных (диаметром до 2 мм) термопарных датчиков, вводимых в область нагрева (Коноплянников А.Т. Электромагнитная гипертермия (СВЧ и УВЧ диапазонов) при лечении опухолевых и неопухолевых заболеваний. Физическая медицина, 1991, с.1-11).

Известен способ разрушения опухолевых клеток с использованием магнитного материала, представляющего собой магнитный материал, содержащий крупные ферромагнитные частицы (от 5-20 мкм и выше), которые вводятся (или имплантируются) в опухоль и подвергаются воздействию ВЧ-поля, в результате чего при нагревании до достаточно высокой температуры достигается опухолеразрушающий эффект, так как опухолевые клетки (в отличие от нормальных) погибают при температуре 43,5°С (US 4323056, 1980).

Основные недостатки такого способа заключаются в том, что

1. Относительно крупные частицы невозможно ввести инъекционным способом в опухоли плотной консистенции (использование более мелких ферромагнитных частиц неэффективно ввиду того, что они плохо греются в ВЧ-поле);

2. Прогревание опухолевой ткани происходит неравномерно, это несет в себе риск стимуляции опухолевого роста, так как при температуре 38-41°С наблюдается стимуляция пролиферации опухолевых клеток;

3. В случае достижения критической для выживания опухолевых клеток температуры происходит их гибель и как следствие «залповое» поступление в систему циркуляции продуктов распада опухоли, что ведет к острой интоксикации организма, подчас несовместимой с жизнью.

Известен другой способ разрушения опухолевых клеток с использованием ферромагнитного материала, представляющего собой ультрадисперсные частицы металлического железа величиной 0,2-1,0 мкм. Ультрадисперсные частицы вводят в виде суспензии в противоопухолевом препарате (8%-ный раствор желатинома) и далее воздействуют на опухоль ВЧ-полем. (RU 2026083, 09.01.1995).

Такой способ позволяет окклюзировать большие и малые сосуды, создавая ишемический некроз пораженного опухолью органа, однако не является достаточно эффективным, т.к. не обеспечивает полного некроза опухолевых клеток.

Известен способ проведения гипертермической электромагнитной терапии злокачественных новообразований, заключающийся в том, что в область опухоли вводят внутримышечно или внутривенно жидкую взвесь мелкодисперсных частиц магнетита с размерами 20-25 нм, а затем производят нагрев опухоли. При этом концентрация частиц железа после введения в область предполагаемого нагрева составляет более 10⁶ частиц/см³ (Матюшин И.Ф. Цыбуков О.Н. Пугачев В.О. Литвинова Л.Г. Масленникова А.В. Мочалов А.В. Пермичев А.Н. Садиков Г.Б. Ферромагнитная ВЧ-гипертермия субклеточных структур злокачественной опухоли в эксперименте, 2-й Всесоюзный симпозиум с международным участием. Минск. 1990, тезисы докладов, с.47-48).

Особенностью реализации данного способа является следующее обстоятельство: для нагрева используются электромагнитные волны ВЧ-диапазона (13,56 МГц), поэтому ввод электромагнитной энергии здесь осуществляется с помощью штыревых антенн, вводимых в область нагрева также инвазивно. Высокая пространственная контрастность по коэффициенту поглощения электромагнитной энергии участка нагрева повышает селективность воздействия на опухолевые клетки по сравнению с воздействием на здоровые клетки, а также повышает КПД нагрева.

Однако вышеуказанные известные способы проведения гипертермической электромагнитной терапии имеют следующие недостатки:

- при инвазивном вводе инородных тел штыревых антенн и датчиков температуры происходит дополнительное травмирование нагреваемого участка или органа;

- отсутствует достоверная информация о распределении температуры в области нагрева, так как датчики регистрируют температуру лишь в непосредственной близости от себя;

- нагрев происходит неравномерно по объему, так как отсутствуют физические механизмы, обеспечивающие автоматическое выравнивание температуры во всей области нагрева (таким механизмом могла бы быть теплопроводность, однако можно легко понять, что теплопроводность не обеспечивает равномерного распределения температуры и равномерного распределения времени экспозиции для всех участков нагреваемой области: первый же нагревшийся датчик температуры отключает всю систему нагрева и область нагрева остывает);

- частое включение и выключение генератора электромагнитного излучения снижает срок службы генератора, так как на срок его службы более всего влияет не время наработки генератора в непрерывном режиме, а количество включений и выключении.

Использование электромагнитного излучения в ВЧ и СВЧ диапазоне имеет также следующие недостатки. Существует два различных механизма нагрева веществ с помощью быстропеременного электромагнитного поля: нагрев проводника с помощью омических потерь возбуждаемых вихревых токов (в нашем случае в малых частицах магнетита возникают быстропеременные токи, в результате которых на противоположных сторонах частицы индуцируются поверхностные заряды) и диэлектрический нагрев за счет диэлектрических потерь при поглощении электромагнитного поля. В ВЧ диапазоне более эффективен нагрев вихревыми токами, а в СВЧ диапазоне вследствие малости толщины скин-слоя эффективен диэлектрический нагрев. Из сказанного ясно, что при ВЧ гипертермической терапии в основном греются частицы магнетита, а нагрев ткани происходит за счет теплопроводности. Кроме того, эффективнее всего идет нагрев датчиков температуры, так как они значительно крупнее, чем частицы магнетита, поэтому достоверность измерения температуры недопустимо низка.

Известен способ проведения магнитной терапии (гипертермической электромагнитной терапии) злокачественных новообразований, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату с заявленным изобретением, с использованием ферромагнетика (магнитного материала), имеющего размер частиц 2-30 мкм с температурой (точкой) Кюри, из диапазона 42-45°С, такого как сплав железа с никелем (Fe-Ni 30-40, температура Кюри которого лежит в диапазоне 35-45°С) или сплава на основе никеля и меди, или материала, имеющего фазовый переход металл-диэлектрик, или металл-полупроводник, или диэлектрик-металл с температурой фазового перехода из диапазона 42-45°С, такой как сплав на основе VO₂ с некоторыми легирующими добавками, которые необходимы для точной установки температуры фазового перехода. Данные материалы используют для проведения гипертермической электромагнитной терапии злокачественных новообразований путем введения их в виде взвеси частиц внутрь опухоли и последующем нагреве энергией электромагнитного поля. В качестве электромагнитного излучения используют ВЧ излучение или СВЧ излучение. Мощность генератора при СВЧ излучении составляет 5-100 Вт (RU 2082458, 27.06.1997).

Недостатком данного метода является прежде всего вредное воздействие, которое оказывает ВЧ и СВЧ излучение на организм человека. Даже если принять во внимание тот факт, что в последнее время частота используемого излучения снижена до мегагерцевого диапазона и не наносит вреда организму при длительном облучении, описанный метод не нашел применения в лечение рака, так как не может достигнуть желаемого результата. Основной причиной этого является тот факт, что указанные в патенте сплавы на основе Fe, Ni и Cu имеют недостаточную ширину петли гистерезиса, а также форму петли, которая не позволяет обеспечить необходимое выделение тепла при перемагничивании.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение выделения тепла за счет использования более эффективного магнитного материала и принципиально другого механизма его выделения, основанного на так называемом магнитокалорическом эффекте (МКЭ).

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе проведения магнитной терапии злокачественных новообразований путем введения внутрь опухоли магнитных частиц и последующего нагрева (за счет выделения тепла вследствие МКЭ) в качестве магнитных частиц используют частицы (например, преимущественно с размером от 8 мкм до 1 нм) материала с высоким магнитокалорическим эффектом, имеющего температуру магнитного фазового перехода, лежащую вблизи температуры человеческого тела, выбранного из группы, включающей благородные металлы, редкоземельные металлы (элементы), их сплавы или интерметаллические соединения.

Магнитокалорический эффект заключается в выделении или поглощении тепла в магнетике при воздействии на него магнитного поля. Если эти изменения происходят при адиабатических условиях, то это приводит к повышению или понижению температуры образца. МКЭ был открыт Е.Варбургом в 1881 г.

В основе МКЭ лежит способность любого магнитного материала изменять свою температуру и энтропию под воздействием магнитного поля, как это происходит при сжатии или расширении газа или пара, например, в традиционных холодильниках.

Изменение температуры магнитного материала происходит в результате перераспределения внутренней энергии магнитного вещества между системой магнитных моментов его атомов и кристаллической решеткой.

Магнитокалорический эффект может использоваться, в частности, в технологии магнитного охлаждения, например в системах кондиционирования больших помещений, в оборудовании хранилищ пищевых продуктов, и, в частности, при создании холодильных установок, как промышленных, так и бытовых. В этих магнитных холодильниках, работающих на принципе магнитокалорического охлаждения, в качестве рабочего тела, используются различные магнитные материалы.

Магнитокалорический эффект определяет магнитотепловые свойства магнитов, и чем выше он, тем эффективнее происходит выделение или поглощение тепла в магнетиках при воздействии на него магнитного поля, что приводит к расширению рабочих возможностей магнитных материалов и повышает эффективность проведения магнитотерапии различных заболеваний и в данном случае магнитотерапии злокачественных новообразований.

Примеры материалов, используемых в заявленном способе, обладающих высоким магнитокалорическим эффектом и имеющих температуру магнитного фазового перехода, лежащую вблизи температуры человеческого тела (от 36°С до приблизительно 37°С), подробно описаны (A.M.Tishin, Y.I.Spichkin Magnetocaloric effect and its application, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 2003, p.410-411). В частности, это сплавы на основе благородных металлов (родий, палладий, платина), редкоземельные элементы (металлы), такие, как например, гадолиний Gd (температура Кюри около 295К и величина МКЭ Т=5,8 К при Н=2Т), сплавы или их интерметаллические соединения, такие как, например, сплав железо-родий Fe_0,49 Rh_0,51 (температура магнитного фазового перехода антиферромагнетизм - ферромагнетизм находится около 310-316 К, а величина МКЭ достигает 13 К в поле 2Т); гадолиний-кремний Gd₅Si₄ (с температурой максимального МКЭ Т=8,8 К при Т=336 К и Н=5 Т); гадолиний-кремний-германий Gd₅Si₂,06G _e1,94 ( Т=8 К в поле 5 Т и при Т=306 К); гадолиний-палладий Gd ₇Pd₃ ( T=8,5 K при Т=323 К и Н=5 Т); марганец-железо-фосфор-мышьяк MnFeP_0,35As_0,65 (точка максимального МКЭ Т=332 К); марганец-мышьяк MnAs ( T=13 K при Т=318 К и Н=5 Т); и другие.

Данный магнитный материал используется в виде частиц с размером, например, от 8 мкм до 1,0 нм. Из магнитных измерений известно, что в сплавах и соединениях редкоземельных металлов (РЗМ) температуры магнитных фазовых переходов сильно зависят от концентрации сплавляемых металлов и элементов. Варьированием содержания определенного элемента в сплаве можно достичь необходимый магнитокалорический эффект и обеспечить необходимую температуру магнитного фазового перехода, лежащую вблизи температуры человеческого тела. Как правило, магнитный фазовый переход осуществляется в широком интервале магнитных полей с напряженностью магнитного поля от нескольких кЭ до 60 кЭ и больше).

Частицы магнитного материала получают по различным известным технологиям, например плазменным методом при 10000°С в инертной среде (например, в атмосфере аргона) из частиц того или иного металла (элемента) с исходным размером, например 50-100 мкм, либо, например аналогично тому, как это описано в SU 1746162, 07.07.1992.

Частицы магнитного материала в способе по изобретению вводят в опухоль, например, в виде взвесей, суспензий в фармацевтически приемлемых носителях, таких, как например, вода, физиологический раствор, поливинилпирролидон, биополимеры, альбумин, протеин А, а также возможно совместимо с противоопухолевым препаратом.

Способ осуществляют, например, следующим образом: магнитный материал Gd₇ Pd₃ в виде частиц размерами 8 мкм, или 3 мкм вводят внутрь опухоли, прикладывают магнитное поле напряженностью 50 кЭ. Магнитный материал намагничивается адиабатически (посредством быстрого включения постоянного магнитного поля), что вызывает увеличение температуры на величину магнитокалорического эффекта ( Т=7 К при Т=310 К), т.е. осуществляется нагрев; далее магнитное поле выключается и происходит адиабатическое размагничивание.

При осуществлении заявленного способа используют постоянный магнит (магнитное поле), рабочий магнитный материал в виде частиц, а также вспомогательные устройства, при необходимости обеспечивающие введение магнитного материала в опухоль и его перемещение и фиксацию.

Магнитное поле может также создаваться, например, сверхпроводящим соленоидом. Концентрация частиц в определенном месте опухоли производится заранее за счет приложенного градиента магнитного поля.

Под действием магнитного поля собранные вместе в опухоли частицы магнитного материала равномерно разогреваются. Когда они за счет выделения тепла вследствие МКЭ разогревают окружающие ткани до температуры 40-42°С (313-315 К), раковые клетки гибнут, а частицы материала размагничиваются за счет выключения поля (охлаждаются). После понижения температуры происходит нагрев частиц за счет теплообмена с организмом человека и затем повторное их намагничивание. Таким образом, они снова под действием магнитного поля нагреваются до необходимой температуры и разогревают пораженные ткани, т.е. в основе осуществления способа лежит работа по циклу АМР (активный магнитный регенеративный цикл), в нем магнитные частицы указанных материалов используются не только как так называемое рабочее тело, обеспечивающее нагрев и охлаждение при намагничивании/размагничивании, но и как генератор тепла (нагрева).

Сеансы магнитотерапии (гипертермии), осуществляемые с помощью способа по изобретению, помогают (совместно с лекарственными препаратами) убивать раковые клетки, при этом здоровые клетки остаются невредимыми.

Таким образом, данный способ по изобретению позволит повысить эффективность лечения злокачественных новообразований и является следующим шагом в решении этой проблемы.