Evaluation of Hyperthermia Using Magnetic Nanoparticles and Alternating Magnetic Field

摘要

Resume: Pendant des annees, l'elevation de la temperature du corps, connu sous le nom d'hyperthermie, a ete utilisee pour traiter les cellules cancereuses. L'hyperthermie peut etre atteinte via diverses methodes invasives et non invasives, dont certaines sont pratiquees au niveau de la recherche clinique, et certaines autres ont deja atteint l'approbation pour la pratique en clinique. Les nanoparticules magnetiques (NPM) peuvent generer de la chaleur et donc chauffer leur entourage une fois qu'ils sont places dans un champ magnetique alternatif. Contrairement aux autres methodes d'hyperthermie, l'hyperthermie par NPM utilisant un champ magnetique alternatif fournit un controle avance et peut avoir un effet tres localise. En plus, les NPM ont un enorme potentiel pour les applications biomedicales d'imagerie, de diagnostic et de traitements. En plus, les NPM peuvent etre propulsees par les gradients magnetiques vers un emplacement desire du corps. La propulsion et le controle et l'hyperthermie permettent l'introduction d'un systeme robotique miniaturise pour les applications therapeutiques localisees. En effet, une fois charge avec des agents therapeutiques, les NPM peuvent etre propulses, cibles vers l'organe malade et ensuite chauffes utilisant des champs magnetiques alternatifs qui induira une sequence d'actionnement des medicaments. Dans ce memoire, les attributs physiques des NPM tels que l'aimantation, les domaines magnetiques, l'hysteresis, la relaxation et ainsi que divers mecanismes de chauffage sont etudies. Aussi les limites biologiques qui permettent de determiner la frequence et l'intensite des champs magnetiques alternatifs utilises pour l'hyperthermie sont expliquees.----------Abstract: Elevation of body temperature otherwise known as hyperthermia, has been used to treat concerous cells for many decades. Hyperthermia can be achieved via various invasive and non-invasive methods, some of which are being practiced at clinical levels, and some others have already reached clinical trials. Magneric nanoparticles (MNP) can generate heat and thus heat their surroundings once they are placed in an alternating magnetic field (AC magnetic field). In contrast to other hyperthermia methods, hyperthermia via MNP in an AC magnetic field provides advanced control and can be highly localized. In addition, MNP have enormous potential in biomedical applications such as imaging, medical diagnosis and treatment. Also, agglomeration of MNP can be propelled with an inhomogeneous magnetic field towards a desired location. The propulsion, control and hyperthermia allow the introduction of a miniaturized robotic system. Indeed, MNP micro-carriers loaded with therapeutic agents can be propelled and tracked to a hyperthermia and drug actuation sequence. In this thesis, the physical attributes of the MNP such as the magnetization, magnetic domains, hysteresis, and relaxations as well as various heating mechanisms are discussed. Also biological limits that determine the frequency and the intensity of AC magnetic fields used for hyperthermia are explained.