L'impatto dell'ossido di grafene sulle proprietà magnetiche e di ipertermia dei ferriti CoFe2O4 e MnFe2O4

Riscaldare i tumori con minuscoli magneti

I medici oncologi sanno da tempo che un lieve riscaldamento di un tumore può rendere più efficaci altri trattamenti come la chemioterapia e la radioterapia. Questo studio esplora un nuovo modo per generare calore dall’interno del corpo usando piccolissime particelle magnetiche. Confrontando due tipi di particelle e combinandole con sottilissimi fogli di carbonio, i ricercatori cercano materiali che riscaldino i tumori in modo efficiente rimanendo al contempo facili da somministrare e controllare.

Perché il calore magnetico può aiutare a trattare il cancro

Invece di irradiare con microonde o luce dall’esterno del corpo, l’ipertermia magnetica si basa su nanoparticelle che si riscaldano quando sono esposte a un campo magnetico alternato. Se queste particelle vengono iniettate vicino a un tumore, il campo può essere attivato dall’esterno e le particelle funzionano come piccoli riscaldatori, innalzando la temperatura locale di pochi gradi sopra la norma. La sfida è progettare particelle che producano abbastanza calore a intensità e frequenze di campo sicure per i pazienti, mantenendosi ben disperse nei fluidi corporei e con tossicità minima.

Due materiali magnetici sotto il microscopio

Il team si è concentrato su due composti a base di ferro: la ferrite di manganese (MnFe2O4) e la ferrite di cobalto (CoFe2O4). Entrambe sono minuscoli magneti, ma si comportano in modo molto diverso. La ferrite di manganese è un magnete “morbido”, il che significa che la sua magnetizzazione interna può ribaltarsi abbastanza facilmente. La ferrite di cobalto è un magnete “duro”, la cui magnetizzazione è fortemente bloccata. Le nanoparticelle sono state sintetizzate in acqua mediante un metodo idrotermale e analizzate con diffrazione a raggi X e microscopi elettronici per confermarne struttura, forma e dimensione. Le particelle di MnFe2O4 erano per lo più cubiche e cuboidali di circa 20–30 nanometri, mentre le particelle di CoFe2O4 erano più piccole e più sferiche, intorno ai 14 nanometri.

Aggiungere ossido di grafene: aiuto e svantaggio

Per migliorare la stabilità in soluzione e creare una superficie che in seguito possa essere funzionalizzata con farmaci o molecole bersaglio, i ricercatori hanno ancorato le nanoparticelle di ferrite su fogli di ossido di grafene, un materiale carbonioso piatto ricco di gruppi ossigenati. Le immagini hanno mostrato particelle di MnFe2O4 e CoFe2O4 distribuite sui fogli flessibili piuttosto che agglomerarsi. La spettroscopia ha confermato che i legami chimici sia nelle ferriti sia nell’ossido di grafene rimanevano intatti nei compositi. Tuttavia, i test magnetici hanno rivelato che l’aggiunta di ossido di grafene riduceva costantemente la magnetizzazione complessiva dei campioni, poiché il carbonio non magnetico diluiva la quantità di materiale magnetico attivo e introduceva difetti aggiuntivi all’interfaccia.

Come le particelle producono effettivamente calore

Quando le sospensioni sono state esposte a un campo magnetico alternato simile a quello che potrebbe essere usato in terapia, tutti i campioni si sono riscaldati, ma non allo stesso modo. La ferrite di manganese ha raggiunto un tasso di assorbimento specifico di circa 110 watt per grammo, mentre la ferrite di cobalto circa 70 watt per grammo. La chiave sta nella risposta delle particelle al campo variabile. Per MnFe2O4, la magnetizzazione interna di ciascuna particella può sia ribaltarsi internamente sia permettere alla particella intera di ruotare leggermente nel liquido. Questi due tipi di movimento agiscono insieme e avvengono su una scala temporale che si adatta alla velocità del campo applicato, rendendo il riscaldamento efficiente. In CoFe2O4, la magnetizzazione interna è praticamente bloccata dalla forte anisotropia magnetica, quindi solo la più lenta rotazione fisica nella dispersione contribuisce, risultando meno efficace nelle condizioni testate. L’aggiunta di ossido di grafene ha ridotto il riscaldamento in entrambi i casi, in misura maggiore per MnFe2O4, perché diminuiva la magnetizzazione e immobilizzava alcune regioni magnetiche impedendo loro di rispondere liberamente.

Cosa significa per i futuri trattamenti del cancro

Questo lavoro dimostra che scegliere semplicemente particelle con alta magnetizzazione non è sufficiente per ottenere un riscaldamento efficace per la terapia antitumorale. La facilità con cui la magnetizzazione interna può muoversi, nota come anisotropia magnetica, deve essere messa a punto in modo che le particelle rispondano sulla stessa scala temporale del campo applicato. Nelle condizioni testate qui, la ferrite di manganese ha offerto il miglior equilibrio, rendendola la candidata più promettente. L’ossido di grafene aiuta a mantenere le particelle disperse e fornisce punti di ancoraggio per il targeting farmacologico futuro, ma comporta anche una perdita nella capacità di riscaldamento. I progetti futuri dovranno bilanciare questi compromessi, regolando dimensione, forma, rivestimento superficiale e il supporto carbonioso per creare nano‑riscaldatori sicuri ed efficienti che possano essere indirizzati con precisione ai tumori.

Citazione: Ramadan, W., Gasser, A., Ramadan, A. et al. The impact of graphene oxide on the magnetic and hyperthermia properties of CoFe₂O₄ and MnFe₂O₄ ferrites. Sci Rep 16, 14736 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51345-w

Parole chiave: ipertermia magnetica, nanoparticelle di ferrite, ossido di grafene, terapia del cancro, nanomedicina