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成昱教授课题组在磁力治疗脑肿瘤领域取得重要研究进展

发布时间:2017-05-15 09:20:33 点击次数:90

近日,同济大学医学院附属东方医院成昱课题组在靶向脑肿瘤磁力治疗领域取得新的进展,其研究成果以一篇题为Elongated Nanoparticle Aggregates in Cancer Cells for Mechanical Destruction with Low Frequency Rotating Magnetic Field”的研究论文作为Back Cover发表在国际著名期刊《Theranostics》(2017; 7(6): 1735-1748.)。课题组科研助理申雅静、博士后吴丛宇为本论文共同第一作者,通讯作者为同济大学医学院附属东方医院成昱、西班牙马德里理工大学Gustavo R. Plaza教授。

    芥子须弥,小世界里也能藏下大乾坤。近年来,新兴的“磁控微纳机器人”已然成为科学家关注的焦点。低频率旋转磁场,可驱动磁性纳米材料在亚微米甚至纳米尺度的转动或者游动。由于低强度磁场对细胞和组织无害,并且具有高穿透能力,磁控微纳米机器人在生物医学方面有很大的应用前景,如微创手术、细胞操作和分析以及靶向治疗。其中,低频率磁场驱动磁性材料进行磁诱导机械力治疗是一种极具应用前景的物理治疗手段。

1884年人类历史上首例脑肿瘤治疗被记录报道,虽然历经一个多世纪,但至今仍没有取得突破性的进展,其中脑部结构的高度复杂化与血脑屏障的屏障作用极大地限制了脑肿瘤研究的发展。在本研究中,作者提出“磁力刀”的新概念, 即磁性纳米粒子在极低频交变磁场作用下产生机械力,以脑肿瘤为研究模型,采用“磁力刀”破坏脑肿瘤细胞。其机理为磁场远程操控的纳米“磁力刀”在磁场作用下会发生有序排列,自组装成具有磁各相异性的微米级“磁力刀”,其可受磁场转动调控而产生强有力的机械力以杀死癌细胞,如同手术刀对肿瘤进行切除。研究方法为,通过热解法制备出粒径为62 nm的锌掺杂磁性纳米粒子,通过对其表面进行脑肿瘤特异性靶向基团修饰,有效地提高了其对脑肿瘤细胞的靶向效率且富集在细胞溶酶体中。随后,将内吞磁性纳米粒子的细胞置于磁场中,磁性纳米粒子沿磁力线方向在溶酶体中自组装成微米级条状二维结构,“磁力刀”随着旋转磁场进行有序运动产生100 pN的机械力。研究结果表明:在极低频交变磁场作用下,首先,“磁力刀”对细胞溶酶体膜结构进行破坏,进而被释放到细胞质中;继而,“磁力刀”对细胞膜结构进行破坏,最终导致细胞程序性死亡或坏死。由纳米级材料自组装形成的“磁力刀”转动而产生的机械力,能够更直接、更彻底地杀死癌细胞,可通过磁场远程控制, 生物穿透能力强, 副作用小,不会对正常组织产生影响,为脑肿瘤提供了一种新的治疗方案。

该工作得到国家自然科学基金、国家青年千人计划、高端外国专家项目、上海市浦江人才计划、上海市科委国际合作项目、安徽大学生物协同创新中心以及美国国立卫生研究院的资助,美国西北大学脑肿瘤研究中心Maciej S. Lesniak教授、日本早稻田大学Taro Q. P. Uyeda教授、丹麦癌症协会研究中心刘斌博士共同参与研究, 在同济大学完成。

 

 

 

 


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