基于纳米铁氧体磁性材料的肿瘤治疗领域取得进展

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化学治疗是目前肿瘤治疗最常见的方法之一，但是在其过程中肿瘤细胞产生的耐药性极大地限制了该治疗策略的有效性。此外，依靠pH和氧化还原策略触发药物释放的常规方式，由于无法通过外部刺激控制其释放过程，所以该类技术的发展面临巨大挑战。近年来，利用磁控方法克服肿瘤耐药性，实现安全、可控、有效地治疗癌症已成为该领域的研究热点之一。这种精确、无创、远程的方式不仅可以自由控制纳米药物的释放时间，还能提高药物的释放量，也能在有效范围内增大对肿瘤的机械杀伤。
　　针对以上问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属慈溪生物医学工程研究所吴爱国研究团队开发了一种新型高效治疗癌症的方法，取得了一些进展。该团队前期成功地制备了粒径分布均一、磁响应能力强、稳定性好的铁氧体：ZnxFe3-xO4系列纳米材料，通过对比不同锌掺杂量时不同纳米粒子材料的内部结构与磁矩的变化趋势，阐明了该类材料结构与磁性质之间的内在关系，并对其磁共振成像机理进行了深入探究（Chemistry of Materials. 2019, 31, 7255.）。为后续优化磁共振造影剂的性能提供了理论基础，也为其后续用于生物治疗打下了材料基础。

图1 ZnxFe3-xO4系列纳米材料

图2 纳米复合药物的物理性能与释药能力

图3 纳米复合药物杀伤肿瘤细胞的能力

图4 纳米复合药物机械杀伤肿瘤细胞的机理

　　基于上述结果，团队近期利用该系列铁氧体磁性材料中磁响应能力最好的Zn0.2Fe2.8O4纳米粒子合成了一种纳米复合药物，即将Zn0.2Fe2.8O4磁性纳米颗粒和抗癌药物阿霉素（DOX）共同搭载进聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）球中，通过外部磁力控制其内部化疗药物释放并使其产生磁致机械力，实现磁力-化疗双重杀灭肿瘤细胞的目的。此外，基于理论模型模拟计算出该系列铁氧体磁性纳米材料在不同磁场强度作用下产生的运动轨迹和冲击力大小，对比阐述了磁力大小对生物机体的影响规律，同时对肿瘤细胞的死亡机理进行了探究。该磁致机械力不仅可以破坏肿瘤细胞的细胞膜使其坏死，同时也能对其内部的溶酶体进行破坏，实现肿瘤细胞凋亡。该精确、无创、远程的治疗方式为克服肿瘤细胞耐药性、增强肿瘤杀伤提供了一种新途径，也为其他生物活动的机械刺激提供了新思路。该工作以题为“Magnetically switchable mechano-chemotherapy for enhancing the death of tumour cells by overcoming drug-resistance”的论文发表在Nano Today 35 (2020) 100967（DOI：10.1016/j.nantod.2020.100967）。本研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金委和宁波市科技局相关项目的资助。

       文章来源：宁波材料所
      吴爱国，博士，中国科学院宁波材料所研究员，中科院百人计划择优获得者，中科院宁波工研院所属新材料技术研究所纳米事业部副主任。1998 年7 月本科毕业于南昌大学化学系，2003年12月硕博连读毕业于中科院长春应化所电分析化学国家重点实验室（导师汪尔康院士/李壮研究员），获得理学博士学位。随后在德国马尔堡大学，美国加州理工学院（合作导师1999年诺贝尔化学奖得主Ahmed H. Zewail教授），美国西北大学医学院从事研究工作。2009 年我所以“团队人才”将其引进。2010年入选中科院百人计划（2011年择优），2012 年入选浙江省第五批##计划。2013.7-2016.8 被美国西北大学聘为客座教授（兼职）。