A mathematical model is developed to describe the trajectories of a cluster of magnetic nanoparticles in a blood vessel for the application of magnetic drug targeting (MDT). The magnetic nanoparticles are injected into a blood vessel upstream from a malignant tissue and are captured at the tumour site with help of an applied magnetic field. The applied field is produced by a rare earth cylindrical magnet positioned outside the body. All forces expected to significantly affect the transport of nanoparticles were incorporated, including magnetization force, drag force and buoyancy force. The results show that particles are slow down and captured under the influence of magnetic force, which is responsible to attract the magnetic particles towards the magnet. It is optimized that all particles are captured either before or at the centre of the magnet (z≤0) when blood vessel is very close proximity to the magnet (d=2.5 cm). However, as the distance between blood vessel and magnet (d) increases (above 4.5 cm), the magnetic nanoparticles particles become free and they flow away down the blood vessel. Further, the present model results are validated by the simulations performed using the finite element based COMSOL software

چکیده

یک مدل ریاضی ارائه می شود تا مسیرهای حرکت یک خوشه از نانوذرات مغناطیسی در یک رگ خونی را برای استفاده در هدف گیری داروی مغناطیسی (MDT) توصیف نماید. نانوذرت مغناطیسی به بالای جریان یک بافت بدخیم در یک رگ خونی تزریق می شوند و در محل تومور با کمک یک میدان مغناطیسی اعمال شده گیراندازی می شوند. میدان اعمال شده به وسیله آهنربای استوانه ای واقع در بیرون از بدن تولید می شود. همه نیروهایی که تاثیر زیادی را بر ترابرد نانوذرات می توانند داشته باشند، در نظر گرفته شدند از جمله نیروی مغناطیسی، نیروی کششی و نیروی ارشمیدسی (شناوری). نتایج نشان می دهند که ذرات کند می شوند و تحت تاثیر نیروی مغناطیسی که مسئول جذب ذرات مغناطیسی به سمت آهنرباست، به دام می افتند. بهینه سازی می شود وقتی که رگ خونی بسیار نزدیک به آهنربا باشد (d = 2.5 cm)، همه ذرات قبل از یا در مرکز آهنربا () به دام بیفتند. با این همه با افزایش فاصله بین رگ خونی و آهنربا (d)(بیشتر از 4.5 cm)، نانوذرات مغناطیسی آزاد شده و به در رگ خونی به جریان می افتند. به علاوه، نتایج مدل حاضر به وسیله شبیه سازی های انجام شده با استفاده از نرم افزار COMSOL مبتنی بر روش المان محدود، اعتبارسنجی شده اند.

-1مقدمه

رساندن عامل های ضد سرطان به محل های خاص هدف با کمترین اثرات جانبی، چالش مهمی در شیمی درمانی، رادیوتراپی و ژن درمانی است. هدفگیری داروی مغناطیسی (MDT) یکی از روش های نوید بخش برای هدفگیری موثر و تحویل داروها به یک هدف خاص با کمک یک میدان مغناطیسی موضعی است (1و2). در این روش، ذرات مغناطیسی حامل بارگذاری شده با مولکول های دارو به درون بالای جریان میکرورگ بافت بدخیم مورد نظر تزریق شده و با کمک یک میدان مغناطیسی موضعی به سمت ناحیه مورد هدف در بدن جذب می شوند (3-6). MDT به واسطه پیشروی سریع در رشد نانوذرات مغناطیسی با کارکرد خاص، در حال رشد است که در شیمی درمانی، رادیوتراپی و ژن درمانی در محل تومور به کار می رود (7و8). مطالعات زیادی نشان داده اند که MDT یک روش موثر و نسبتا ایمن برای هدفگیری دارو به سمت یک محل خاص است (9-11)…