Erste In-vitro-Anwendung katheter- und magnetgesteuerter ferromagnetischer Polymerfilamente aus Nanopartikeln mit hitzeinduzierter Partikelabgabe unter Einsatz des Stereotaxis-Niobe®-Systems

Zusammenfassung

Ziel: Entwicklung eines neuen Verfahrens zur intravaskulären Navigation und Freisetzung ferromagnetischer Nanopartikel in Form eines Filaments mithilfe eines externen magnetischen Feldes. Material und Methoden: Ferromagnetische Nanopartikel wurden synthetisiert und in thermolabiles Gel eingebettet, das in Form von Filamenten polymerisiert wurde. Die magnetische Auslenkbarkeit der Gelfilamente wurde im Niobe®-Magnetnavigationssystem (MNS) im Vergleich zu dedizierten Führungsdrähten untersucht. Die Krümmung wurde als Surrogatparameter der Auslenkung verwendet. Anschließend wurden handelsübliche Katheter in Kombination mit dem Niobe®-MNS in Gefäßmodellen eingesetzt, um die Filamente mittels Stereotaxie zu navigieren. Die Richtung des magnetischen Feldvektors wurde dabei in allen drei Raumrichtungen geändert. Nach Positionierung erfolgte die Induktionserhitzung der thermosensiblen Gelfilamente über 5 Minuten in einem elektromagnetischen Feld der Stärke 45kA/m bei 200 kHz. Ergebnisse: Die Auslenkbarkeit der Gelfilamente ist derjenigen dedizierter Führungsdrähte signifikant überlegen (p = 0,0091). Die entsprechende Krümmung betrug 0,54 ± 0,12 mm ^{- 1} bzw. 0,33 ± 0,21 mm ^{- 1}. In Kombination des Niobe®-MNS mit handelsüblichen Kathetern war die Navigation und lokale Anreicherung dieser Filamente in allen Fällen möglich. Durch berührungsfreie externe elektromagnetische Induktionserhitzung konnten die Gelfilamente bei allen Untersuchungen aufgelöst und die Nanopartikel freigesetzt werden. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass durch katheterunterstützte magnetische Navigation ein aus Magnetkolloiden bestehendes Gelfilament in ein Zielgebiet navigiert und durch Erwärmung aufgelöst werden kann. Die Methode bietet die Möglichkeit, Wirkstoffe wie Chemotherapeutika lokal kontrolliert zu applizieren.

Abstract

Purpose: To develop a new technique for intravascular guidance and the release of magnetized ferromagnetic nanoparticles using a polymerized filament by means of an external magnetic field. Materials and Methods: Ferromagnetic nanoscaled beads were embedded in temperature-sensitive gels to form filaments after polymerization. Deflection of the filaments was assessed in a Stereotaxis Niobe® magnetic navigation system (MNS) in comparison with dedicated guide wires. The curvature was measured as a surrogate parameter for deflection. In combination with commercially available catheters, the filaments were navigated in a perfused aneurysmatic vessel model and a perfused branched vessel model under the influence of two permanent magnets of the Niobe® MNS. The magnetic field vector was varied in all three dimensions. After positioning, the magnetic colloid-containing filaments were exposed to an electromagnetic field of 45kA/m, 200 kHz for a period of 5 minutes for non-invasive heating. Results: The filaments showed superior deflectability compared to the dedicated guide wires (p = 0.0091). The curvature was 0.54 ± 0.12 mm ^{- 1} for the filaments and 0.33 ± 0.21 mm ^{- 1} for the guide wires. In combination with angiography catheters, magnetic guidance and accumulation of specially designed filaments were possible in the perfused vessel model. Inductive heating allowed non-invasive disintegration and releasing of the nanoparticles in all filaments. Conclusion: This feasibility study shows that magnetic guidance and targeting of a specially designed magnetic colloid-containing filament and subsequent disintegration are feasible. This technique offers the potential for controlled local drug release.

Key words

Magnetic navigation system - vascular intervention - navigation - ferumoxide nanoparticles

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