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寧波材料所在基于納米鐵氧體磁性材料的腫瘤治療領域取得進展
作者:,日期:2020-10-02

  化學治療是目前腫瘤治療最常見的方法之一,但是在其過程中腫瘤細胞產生的耐藥性極大地限制了該治療策略的有效性。此外,依靠pH和氧化還原策略觸發藥物釋放的常規方式,由于無法通過外部刺激控制其釋放過程,所以該類技術的發展面臨巨大挑戰。近年來,利用磁控方法克服腫瘤耐藥性,實現安全、可控、有效地治療癌癥已成為該領域的研究熱點之一。這種精確、無創、遠程的方式不僅可以自由控制納米藥物的釋放時間,還能提高藥物的釋放量,也能在有效范圍內增大對腫瘤的機械殺傷。

  針對以上問題,中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬慈溪生物醫學工程研究所吳愛國研究團隊開發了一種新型高效治療癌癥的方法,取得了一些進展。該團隊前期成功地制備了粒徑分布均一、磁響應能力強、穩定性好的鐵氧體:ZnxFe3-xO4系列納米材料,通過對比不同鋅摻雜量時不同納米粒子材料的內部結構與磁矩的變化趨勢,闡明了該類材料結構與磁性質之間的內在關系,并對其磁共振成像機理進行了深入探究(Chemistry of Materials. 2019, 31, 7255.)。為后續優化磁共振造影劑的性能提供了理論基礎,也為其后續用于生物治療打下了材料基礎。

  基于上述結果,團隊近期利用該系列鐵氧體磁性材料中磁響應能力最好的Zn0.2Fe2.8O4納米粒子合成了一種納米復合藥物,即將Zn0.2Fe2.8O4磁性納米顆粒和抗癌藥物阿霉素(DOX)共同搭載進聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)球中,通過外部磁力控制其內部化療藥物釋放并使其產生磁致機械力,實現磁力-化療雙重殺滅腫瘤細胞的目的。此外,基于理論模型模擬計算出該系列鐵氧體磁性納米材料在不同磁場強度作用下產生的運動軌跡和沖擊力大小,對比闡述了磁力大小對生物機體的影響規律,同時對腫瘤細胞的死亡機理進行了探究。該磁致機械力不僅可以破壞腫瘤細胞的細胞膜使其壞死,同時也能對其內部的溶酶體進行破壞,實現腫瘤細胞凋亡。該精確、無創、遠程的治療方式為克服腫瘤細胞耐藥性、增強腫瘤殺傷提供了一種新途徑,也為其他生物活動的機械刺激提供了新思路。該工作以題為“Magnetically switchable mechano-chemotherapy for enhancing the death of tumour cells by overcoming drug-resistance”的論文發表在Nano Today 35 (2020) 100967(DOI:10.1016/j.nantod.2020.100967)。本研究得到國家自然科學基金、浙江省自然科學基金委和寧波市科技局相關項目的資助。

圖1 ZnxFe3-xO4系列納米材料

圖2 納米復合藥物的物理性能與釋藥能力

圖3 納米復合藥物殺傷腫瘤細胞的能力

圖4 納米復合藥物機械殺傷腫瘤細胞的機理

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