bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-4-118-123bsuir-3690Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSМоделирование магнитотаргетинга лекарственных средств, основанное на вычислении проницаемости электромагнитного поля в ткани организма человекаSimulation of Magnetotargeting of Medicines Based on the Calculation of Permeability of Human Tissues by the Electromagnetic FieldЧураковА. В.ChurakovA. V.

Кандидат медицинских наук, доцент, доцент кафедры электронной техники и технологии.

220013, Минск, ул. П. Бровки, 6

Andrej V. Churakov - Cand. of Sci., Associate Professor, Associate Professor at the Department of Electronic Engineering and Technology.

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

КамлачП. В.KamlachP. V.

Камлач Павел Викторович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электронной техники и технологии.

220013, Минск, ул. П. Бровки, 6. Тел.: +375 17 293-84-14

Kamlach Pavel Viktorovich - Cand. of Sci., Associate Professor, Associate Professor at the Department of Electronic Engineering and Technology.

220013, Minsk, P. Brovki St., 6. Tel.: +375 17 293-84-14

kamlachpv@bsuir.byОнгарбаеваА. И.OngarbayevaA. I.

Старший преподаватель кафедры информационной безопасности.

010008, Астана, ул. Сатбаева 2

Аinagul I. Оngarbayeva - Senior Lecturer at the Department of Information Security.

010008, Astana, Satpayev 2

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsЕвразийский национальный университет имени Л.Н. ГумилеваL.N. Gumilyov Eurasian National University202329082023214118123Copyright © Чураков А.В., Камлач П.В., Онгарбаева А.И., 20232023Чураков А.В., Камлач П.В., Онгарбаева А.И.Churakov A.V., Kamlach P.V., Ongarbayeva A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3690

Анализ исследований в области таргетной доставки препаратов, генов и стволовых клеток показал низкий уровень точности прикладных и практических исследований в данной области. В настоящее время применяется экстракорпоральное электромагнитное воздействие на фармакологический комплекс с наночастицей ферромагнетика. Однако при таком подходе достаточно сложно реализовать алгоритм введения препарата в топографическую область (орган-мишень), поскольку на практике клиническое применение технологии транспорта лекарственных средств с учетом физико-химических свойств тканей организма человека детально не изучено. Существующие модели представляют различные физико-математические подходы, которые не учитывают биоэлектрические и электростатические свойства тканей изучаемых организмов животных и человека. Разработка алгоритмов и программного моделирования данной технологии позволит рассчитать переменные частоты для магнитотаргетинга в цифровом фантоме человека. Это уменьшит временные затраты на стадии пилотных и клинических испытаний. В статье приведены методология и результаты мультифизического и математического моделирования в пакете Sim4Life for Science, V7.0 на примере вычислений управляющих параметров электромагнитного поля региона в области обычного введения препаратов – в сосуды предплечья.

Analysis of studies in the field of targeted delivery of drugs, genes and stem cells showed a low level of accuracy of both applied and practical research in this area. Sufficiently encouraging results were obtained with extracorporeal electromagnetic action on a pharmacological complex with a ferromagnetic nanoparticle. With this approach, it is rather difficult to implement the algorithm for introducing the drug into the topographic region (target organ), since in practice, approaches to the clinical application of drug transport technology, taking into account the physicochemical properties of human body tissues, have not been studied in detail. The available models represent various physical and mathematical approaches that do not take into account the bioelectrical and electrostatic properties of the tissues of the organisms of experimental animals and humans. The creation of algorithms and software simulation of this technology will allow calculating variable frequency variables for magnetotargeting in a human digital phantom, which will reduce time spent at the stage of pilot and clinical trials and in the future will form the applied part of the innovative technology. The article presents the methodology and results of multiphysics and mathematical modeling in the Sim4Life for Science, V7.0 package on the example of calculating the control parameters of the electromagnetic field of the region in the area of normal administration of drugs – the vessels of the forearm.

коэффициент удельного поглощенияпроницаемость тканейполноволновые решатели электромагнетизмамоделированиеэлектромагнитное полефантом Yoon-sun cV4.0index of local specific absorption coefficienttissue permeabilityfull wave electromagnetism solversmodelingelectromagnetic fieldYoon-sun cV4.0 phantomАвторы выражают благодарность ZMT Zurich MedTech AG за предоставление программного обеспечения Sim4LifeThe authors express their gratitude to ZMT Zurich MedTech AG for providing the Sim4Life softwareReferencesМодель воздействия электромагнитного поля на биологические ткани / П. В. Камлач [и др.] // Доклады БГУИР. 2020. Т. 18, № 8. С. 46–52.Kamlach P. V., Grodo D. S., Churakov A. V., Kamlach V. I., Bondarik V. M., Madveiko S. I., Klyuev A. P. (2020) Model of Electromagnetic Field Impact on Biological Tissues. Doklady BSUIR. 18 (8), 46–52 (in Russian).Чураков, А. В. Принципы моделирования и проектирования приборов магнито- и ультразвуковой терапии / А. В. Чураков. Минск: Белор. госуд. ун-т информ. и радиоэлек., 2019. 146 с.Churakov A. V. (2019) Principles of Modeling and Designing Devices for Magnetic and Ultrasonic Therapy. Minsk, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. 146 (in Russian).Электромагнитотерапия: новые данные и технологии / В. С. Улащик [и др.]. Минск: Белар. навука, 2018.Ulashchik V. S., Molchanova A. Y., Lark I. P., Melik-Kasumov T. B., Schastnaya N. I., Voichenko N. V., Morozova I. L., Nikifrorenkov L. A., Kisten O. V. (2018) Electromagnetic Therapy: New Data and Technologies. Minsk, Belaruskaya Navuka Publ. (in Russian).Sim4Life Light Reference Guide Release 7.0. Switzerland: Zurich MedTech, 2023.Sim4Life Light Reference Guide Release 7.0. (2023) Switzerland, Zurich MedTech.Cadwell, J. Principles of Magnetoelectric Stimulation in Clinical Neurophysiology / J. Cadwell, S. Chokroverty. Boston, 1990.Cadwell J., Chokroverty S. (1990) Principles of Magnetoelectric Stimulation in Clinical Neurophysiology. Boston.Taflove, A. Computational Electrodynamics: the Finite-Difference Time-Domain Method / А. Taflove, S. C. Hagness, 3rd ed. Norwood, MA: Artech House, 2005.Taflove A., Hagness S. C. (2005) Computational Electrodynamics: the Finite-Difference Time-Domain Method. Norwood, MA, Artech House.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.