Magnetische Nanopartikel in Magnetic Drug Targeting – Steuerung und Modellierung

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Das magnetische Wirkstoff-Targeting (MDT) ist ein innovativer Ansatz zur Krebsbehandlung, bei dem superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs) als Träger für Chemotherapeutika eingesetzt und mithilfe äußerer Magnetfelder gezielt in Tumorgewebe gesteuert werden. Dadurch kann eine lokale Chemotherapie mit erhöhter Wirksamkeit und reduzierten Nebenwirkungen erreicht werden. Der Therapieerfolg hängt entscheidend von der effizienten Steuerung und Anreicherung der SPIONs im Tumor ab, was sowohl die Partikelsteuerung als auch deren Modellierung zu zentralen Forschungsthemen macht.

In dieser Arbeit wird ein neuartiges hybrides Halbach-Array vorgestellt, das Elektromagnete mit Permanentmagneten kombiniert, um SPIONs effizienter zu steuern. Numerische und experimentelle Untersuchungen zeigen eine verbesserte Steuerungsleistung bei deutlich reduziertem Strombedarf. Zudem wird ein neuer Ansatz zur Erzeugung anziehender und abstoßender magnetischer Kräfte präsentiert, der einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Partikelsteuerung ermöglicht.

Darüber hinaus werden zwei gängige Modellierungsansätze für SPIONs im MDT – der partikelbasierte und der konzentrationsbasierte Ansatz – implementiert, verglichen und experimentell validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das konzentrationsbasierte Modell bei gleicher Simulationszeit genauere Vorhersagen liefert und daher besser für die Modellierung von MDT-Systemen geeignet ist.

Insgesamt trägt die Arbeit wesentlich zur Weiterentwicklung der Steuerung und Modellierung magnetischer Nanopartikel im MDT bei.