De invloed van grafeenoxide op de magnetische en hyperthermie-eigenschappen van CoFe2O4- en MnFe2O4-ferrieten

Tumoren verwarmen met miniatuurelementen

Oncologen weten al lange tijd dat het licht verwarmen van een tumor andere behandelingen zoals chemotherapie en bestraling effectiever kan maken. Deze studie onderzoekt een nieuwe manier om die warmte van binnenuit het lichaam te genereren met behulp van kleine magnetische deeltjes. Door twee typen deeltjes te vergelijken en ze te combineren met ultradunne koolstofvellen, zoeken de onderzoekers naar materialen die tumoren efficiënt verwarmen en tegelijk eenvoudig te toedienen en te controleren zijn.

Waarom magnetische warmte kan helpen bij de behandeling van kanker

In plaats van microgolven of licht van buitenaf te gebruiken, berust magnetische hyperthermie op nanodeeltjes die opwarmen wanneer ze in een wisselend magnetisch veld worden geplaatst. Als deze deeltjes in de buurt van een tumor worden geïnjecteerd, kan het veld van buiten het lichaam worden ingeschakeld en fungeren de deeltjes als miniatuurverwarmers, waardoor de lokale temperatuur enkele graden boven normaal stijgt. De uitdaging is de deeltjes zo te ontwerpen dat ze genoeg warmte produceren bij veldsterktes en frequenties die veilig zijn voor patiënten, terwijl ze goed verdeeld blijven in lichaamsvloeistoffen en minimale toxiciteit veroorzaken.

Twee magnetische materialen onder de microscoop

Het team richtte zich op twee ijzerhoudende verbindingen: mangaanferriet (MnFe2O4) en kobaltferriet (CoFe2O4). Beide zijn kleine magneten, maar ze gedragen zich heel verschillend. Mangaanferriet is een "zachte" magneet, wat betekent dat de interne magnetisatie relatief gemakkelijk kan omkeren. Kobaltferriet is een "harde" magneet, waarvan de magnetisatie sterk verankerd is. De nanodeeltjes werden in water gemaakt met een hydrothermische methode en onderzocht met röntgendiffractie en elektronenmicroscopie om structuur, vorm en grootte te bevestigen. MnFe2O4-deeltjes waren grotendeels kubus- en blokvormig en ongeveer 20 tot 30 nanometer groot, terwijl CoFe2O4-deeltjes kleiner en meer bolvormig waren, rond 14 nanometer.

Toevoeging van grafeenoxide: hulp en hinder

Om de stabiliteit in vloeistof te verbeteren en een oppervlak te creëren dat later met geneesmiddelen of doelgerichte moleculen kan worden vergroeid, hechtten de onderzoekers de ferrietnanodeeltjes aan vellen van grafeenoxide, een plat koolstofmateriaal rijk aan zuurstofgroepen. Beelden toonden aan dat MnFe2O4- en CoFe2O4-deeltjes zich over de flexibele vellen verspreidden in plaats van samen te klonteren. Spectroscopie bevestigde dat de chemische bindingen in zowel de ferrieten als de grafeenoxide in de composieten intact bleven. Magnetische tests lieten echter zien dat de toevoeging van grafeenoxide de totale magnetisatie van de monsters consistent verlaagde, omdat het niet-magnetische koolstof de hoeveelheid actief magnetisch materiaal verdunt en extra defecten aan het grensvlak introduceert.

Hoe de deeltjes daadwerkelijk warmte produceren

Wanneer de suspensies in een wisselend magnetisch veld werden geplaatst dat vergelijkbaar is met wat in behandelingen zou kunnen worden gebruikt, warmden alle monsters op, maar niet gelijkmatig. Mangaanferriet bereikte een specifieke absorptiesnelheid van ongeveer 110 watt per gram, terwijl kobaltferriet rond 70 watt per gram bleef. De sleutel ligt in hoe de deeltjes reageren op het veranderende veld. Bij MnFe2O4 kan de magnetisatie in elk deeltje zowel intern omkeren als het hele deeltje licht in de vloeistof laten roteren. Deze twee vormen van beweging werken samen en vinden plaats op een tijdschaal die overeenkomt met de snelheid van het aangelegde veld, wat de verwarming efficiënt maakt. Bij CoFe2O4 is de interne magnetisatie praktisch bevroren door de sterke magnetische verankering, zodat alleen de tragere fysieke rotatie in de vloeistof bijdraagt, wat onder de geteste omstandigheden minder effectief is. Het toevoegen van grafeenoxide verminderde de verwarming in beide gevallen, sterker voor MnFe2O4, omdat het de magnetisatie verlaagde en sommige magnetische regio's vastzette zodat ze niet vrij konden reageren.

Wat dit betekent voor toekomstige kankerbehandelingen

Dit werk toont aan dat het simpelweg kiezen van deeltjes met hoge magnetisatie niet voldoende is om sterke verwarming voor kankertherapie te verkrijgen. De gemakkelijke verplaatsbaarheid van de interne magnetisatie, bekend als magnetische anisotropie, moet worden afgestemd zodat de deeltjes reageren op dezelfde tijdschaal als het aangelegde veld. Onder de hier geteste omstandigheden bood mangaanferriet het beste evenwicht, waardoor het een veelbelovender kandidaat is. Grafeenoxide helpt de deeltjes verdeeld te houden en biedt aanknopingspunten voor toekomstige geneesmiddelengestuurde doelrichting, maar brengt ook een verlies in verwarmingskracht met zich mee. Toekomstige ontwerpen zullen deze afwegingen moeten balanceren door de grootte, vorm, oppervlaktecoating van de deeltjes en de koolstofondersteuning aan te passen om veilige, efficiënte nano-verwarmers te maken die nauwkeurig naar tumoren geleid kunnen worden.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: magnetische hyperthermie, ferrietnanodeeltjes, grafeenoxide, kankertherapie, nanogeneeskunde