Élő szervezetek külső sztatikus mágneses tér expozícióra adott biológiai válaszai készült az ELTE Alkalmazott Matematikus M. Sc. „Önálló Projekt” című tárgy témakiírására Dr. László János, Debreceni Egyetem
1. Előzmények, motiváció
Milyen nagyszerű lenne, ha lehetséges volna • fájdalmat csillapítani, • gyulladást csökkenteni, • ödémát csökkenteni és • enyhíteni a mozgáskorlátozottságot
egy olyan módszerrel, amely nem-gyógyszeres, nem-invazív, nem-fájdalmas, érintésmentes, nem-addiktív, azonnali és lokális hatású, otthon végezhető, a szervezet saját erőforrásait használja és • tudományos bizonyítékokon alapszik • • • • • • • •
egy olyan eszközzel, amely • nem igényel gondozást vagy karbantartást, • több emberöltő élettartamú, • nincs benne mozgó alkatrész, • olcsó, • szinte nem fogyaszt energiát és a • kezelése nem igényel szakértelmet?
Mi a baj a gyógyszerekkel? • 12 évig tart a piacra juttatásuk és 1 milliárd USD-ba kerülnek (a betegek meghalnak, a részvényesek nem jutnak a pénzükhöz), és • nem eléggé szelektív a hatóanyag adott receptorokhoz juttatása (nem jut minden molekula a receptorhoz, ill. más molekulák is odajutnak) • stb.
Mágnes mátrixok Fékkioldó gomb
Sínek
Kérdések - Van-e a sztatikus mágneses tér expozíciónak élettani hatása? - Ha van, milyen? - Mi a háttérmechanizmus?
2. Eddigi eredmények
vonaglási teszt
átlagos vonaglási szám
90
ip acetic acid (103)
80
ip acetic acid+SMF (76)
70 60
ip acetic acid+oSMF (10)
50 40 30 20 10 0 0-5
5-20
20-30 idő, perc
0-30
antinociceptikus/analgetikus hatás (%)
oSMF
100
MR
90 80
SMF
70
erős homogén
60 50 40
#6 #9 #7
egyoldalas
30
#16
20 10
#2
0 -10
#4
#3
#15
#5
#1
#10 #8
#11 #12#13 #14
átlagos vonaglási szám
µ-opioid receptor antagonista 80
ip acetic acid+saline sc. (44)
70
ip acetic acid+saline sc.+SMF (32)
60
ip acetic acid+NX sc. (26)
50
ip acetic acid+NX sc.+SMF (31)
40 30 20 10 0 0-5
5-20
20-30 idő, perc
0-30
koraszülés időpontja (n=7, 15)
140
*
Sham box kontroll
SMF oSMF
120
*
100
*
80
*
*
60 40 20 0
Duration of paw lifitings and lickings (s)
Duration of paw and lickings (s) (s) talp nyalogatás éslifitings emelgetés ideje
formalin-indukált gyulladás (n=10)
0-5 min-- 20-25 min 25-30 min 30-35 min 35-40 min 40-45 min PHASE I. PHASE II.
I. fázis
II. fázis
kontroll, RTX e.k. Sham box, RTX-pretreated
140
SMF, RTX-pretreated oSMF, RTX e.k.
120 100 80 60 40 20 0
0-5 min PHASE I.
20-25 min 25-30 min 30-35 min 35-40 min 40-45 min
I. fázis
PHASE II.
II. fázis
alkohol-indukált fekély (n=36, 24, 18 rendre) 100 90
kontroll
80
SMF
70
oSMF
60 50 40
p<0,001
30 20 10 0
1
p<0,001
alkohol-indukált fekély (n=36, 24, 18 rendre)
mechanikai visszahúzási küszöb, g
neuropathia (n=6, 6) 6 *
o
5
* 4
o * *
*
*
*
* 3
postoperatív idő, nap
2 0
5
10
15
20
25
inhomogén sztatikus mágneses tér expozíció
30
35
40
neuropathia diabetica (n=3, 6)
3 T MR
átlagos vonaglási szám
100 90
control (n=18)
80
3 T (n=18)
70
NX 3 T (n=6)
60 50 40
*
30 20 10 0
*
*
6-20
21-30
* 0-5
idő, min
0-30
Válaszok
- Van olyan sztatikus mágneses tér, amely erős, akár 84% fölötti antinociceptikus hatást (analgéziát, fájdalomcsillapítást) okoz. - Van sebgyógyulás-elősegítő hatás is. - Az endogén opioid rendszer felelős a hatásért. - A μ-opioid receptorok játszák a legfontosabb szerepet. - Hasonlóképpen fontosak a kapszaicin-érzékeny rostok a mágneses tér okozta fájdalomérzet-gátlásban. - Az expozíció kitolja az indukált koraszülés időpontját egérben. - Az expozíció hatására csökken a vércukor szint indukált cukorbetegség esetében, egérben. - Az MR invazív és terápiás hatású lehet.
Megjelent eredmények • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
In vitro analysis of the anti-inflammatory effect of inhomogeneous static magnetic field-exposure on human macrophages and lymphocytes. C. Vergallo, L. Dini, Zs. Szamosvölgyi, B. A. Tenuzzo, E. Carata, E. Panzarini, J. F. László, PLOS ONE nyomdában. Influence of local exposure to static magnetic field on pain perception and bone turnover of osteoporotic patients with vertebral deformity – a randomized controlled trial, Sz. Mészáros, Á. G. Tabák, Cs. Horváth, G. Bálint, M. Szathmári, J. F. László. International Journal of Radiation Biology. PMID: 23627714. Lateral gradients significantly enhance static magnetic field-induced inhibition of pain responses in mice – a double blind experimental study. B. Kiss, K. Gyires, M. Kellermayer, J. F. László. Biolelectromagnetics 34/5 (2013) 385-396. Whole body static magnetic field exposure increases thermal nociceptive threshold in the snail Helix pomatia. J. F. László, L. Hernádi, Acta Biologica Hungarica 63/4 (2012) 441-452. External static magnetic field as a device for self-motion perception: A pathophysiological rodent model and its consequences. János F. László. Horizons in Neuroscience Research. Volume 5 (Eds. A Costa, E Villalba) Nova Science Publishers, Hauppauge, NY, USA 2011, pp. 106-124. Effect of local exposure to inhomogeneous static magnetic field on stomatological pain sensation – a double-blind, randomized, placebo-controlled study. J. F. László, P. Farkas, J. Reiczigel, P. Vágó. International Journal of Radiation Biology 88/5 (2012) 430-438. Exposure to static magnetic field delays induced preterm birth occurrence in mice. J. F. László, R. Pórszász, American Journal of Obstetrics and Gynecology (2011) 205:362.e26-31. Exposure to inhomogeneous static magnetic field significantly reduces symptoms of neuropathia diabetica in mice. J. F. László, J. Szilvási, A. Fényi, A. Szalai, R. Pórszász, International Journal of Radiation Biology 87/1 (2011) 36-45. Exposure to inhomogeneous static magnetic field increases thermal pain threshold in healthy human volunteers. Zs. Kovács-Bálint, Á. Csathó, J. László, I. Hernádi, Bioelectromagnetics 32/2 (2011) 131-139. Analysis of inhomogeneous static magnetic field-induced antinociceptive activity in mice. J. F. László, K. Gyires, PIERS Online 6/4 (2010) 307-313. Either inhomogeneous or homogeneous static magnetic field exposure fails to significantly affect repair of gamma-irradiation induced DNA damage in human lymphocytes. Gy. Kubinyi, Zs. Zeitler, Gy. Thuróczy, P. Juhász, J. Bakos, H. Sinay, J. László, Bioelectromagnetics 31/6 (2010) 488-494. Effect of inhomogeneous static magnetic field on dental pain in humans. J. László, N. Pivec, Clinical Journal of Pain 26/1 (2010) 49-55. Static magnetic field exposure fails to affect the viability of different bacteria strains. J. László, J. Kutasi, Bioelectromagnetics 31 (2009) 220-225. Pain-inhibiting inhomogeneous static magnetic field fails to influence locomotor activity and anxiety behaviour in mice: no interference between magnetic field- and morphine-treatment. J. László, J. Tímár, Zs. Gyarmati, Zs. Fürst, K. Gyires. Brain Research Bulletin 79 (2009) 316-321. Exposure to inhomogeneous static magnetic field ceases mechanical allodynia in neuropathic pain. M. Antal, J. László. Bioelectromagnetics 30/6 (2009) 438-445. 3 T homogeneous static magnetic field of a clinical MR significantly inhibits pain in mice, J. László, K. Gyires, Life Sciences 84/1-2 (2008) 12-17. Pharmacological analysis of static magnetic field-induced antinociceptive action in the mouse, K. Gyires, B. Rácz, Z. Zádori, J. László, Bioelectromagnetics 29/6 (2008) 456-462. Static magnetic field-induced antinoniceptive effect and the involvement of capsaicin-sensitive sensory nerves in this mechanism, K. Sándor, Zs. Helyes, K. Gyires, J. Szolcsányi, J. László, Life Sciences 81 (2007) 97-102. Optimization of static magnetic field parameters improves analgesic effect in mice, J. László, J. Reiczigel, L. Székely, A. Gasparics, I. Bogár, L. Bors, B. Rácz, K. Gyires, Bioelectromagnetics 28/8 (2007) 615-627.
Elvárások a hallgató(k)tól - ambíció tudományos munka végzésére, eredmények elérésére - angol nyelv ismerete (olvasott szöveg értés, szakmai levél megfogalmazása) - önálló munkavégzés képessége (angol nyelvű irodalmazás, lényegkiemelés, a felmerülő problémák matematikai megfogalmazása stb.) - magasszintű programozásban szerzett gyakorlat előny - több hallgató is vállalhat egy-egy feladatot, ilyenkor előny, ha az illetők már tevékenykedtek csapatban
3. Feladatok A kiírt feladatok megoldásának célja annak előkészítése, hogy megbecsülhessük, egy fantom belsejében mekkora erősségű indukált elektromos áram keletkezhet miközben a fantom egy modellezett mágneses térben mozog, és hogy ez az érték meghaladhatja-e egy rágcsáló perifériás idegeinek stimulációjához szükséges, az irodalomból ismert küszöbértéket.
1) El kell készíteni egy rágcsáló három dimenziós fantomjának számítógépes modelljét úgy, hogy az agy, a zsigerek és a perifériák egymáshoz képesti elhelyezkedésükben, méreteikben és mágneses tulajdonságaikban életszerűek legyenek. Ehhez segítség egy, az USA-ból átvett, itthon implementált, de még nem tesztelt modell. A megoldás főbb lépései - A szövetek elektromos és mágneses tulajdonságainak implementációja - A modell tesztelése, debugging
2) Megállapítani, hogy egy állandó sebességgel mozgó, töltött részecskéket tartalmazó üveggömbben hogyan változik meg a töltéseloszlás, ha a gömb teljes terjedelmével bejut egy sztatikus mágneses térbe. A megoldás főbb lépései - Irodalmi adatok gyűjtése, irodalmi modellek írásbeli összehasonlítása - A kiválasztott modell implementálása számítógépes modellként - A modell tesztelése, debugging
