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智能纳米颗粒可自控温“烫死”癌细胞

作者:工程力学系 来源:运载工程与力学学部 时间:2017-11-02 10:37

近日,我校运载工程与力学学部工程力学系吴承伟教授研究团队在肿瘤治疗纳米磁性材料研究方面取得重要突破,研究成果发表在国际著名期刊《Nanoscale》,并被选为第当期的封面论文。

研究发现肿瘤细胞在40-45℃会凋亡,而正常细胞温度耐受性一般要高4-5℃。利用正常细胞与肿瘤细胞的耐热性差异,人们尝试将磁性纳米颗粒流体材料注入到肿瘤组织,通过外加交变磁场使磁性纳米颗粒产热,通过控制温度,达到杀伤肿瘤细胞而不对正常细胞造成明显的损伤。由于纳米颗粒磁感应热疗技术兼具毒副作用小、靶向性高、可重复治疗等优点,成为近年材料、医学、力学、物理等交叉领域研究的热点。但是,由于传统的磁性纳米材料在磁场下会不断升温,给磁热疗技术临床安全可靠应用带来了挑战,热疗需要通过复杂、昂贵的测温控温系统实现热疗温度的控制。如何实现热疗中肿瘤组织局部温度的精准监测和控制已经成为该技术临床应用的一个突出瓶颈问题。

吴承伟教授研究团队通过调控材料的组成和制备工艺,研发了一种新型“自控温开关”,利用材料的磁学特性实现磁感应热疗温度的自动准确控制,热疗极限温度可以根据需要控制在任意温度(30-70℃)。当温度高于设定治疗温度,这种“开关”会自动关闭,停止加热;当温度低于设定治疗温度,“开关”会自动开启,开始加热,通过“开关”的自动“开-关”循环转换,将肿瘤局部温度精准的控制在设定的治疗温度。这种新型“开关”的使用,不但可避免在肿瘤磁热疗过程使用复杂、昂贵的测温、控温系统,而且实现了自动、安全、精准控温。

相对于放疗和化疗的强毒副作用,低强度磁场对人体细胞和组织具有无害性。而且磁场的高穿透力,使得该技术可用于体内任何肿瘤的治疗,实现局部温升自动精准控制。特别是对脑肿瘤等难以实行手术治疗的特殊器官肿瘤的治疗,可以采用注射等简易安全方法将纳米颗粒流体材料输送到理想位置,对人体器官的损伤度达到最小,使得该技术更具有独特的优势。该项技术属于绿色无毒副作用的物理治疗方法,研究成果引起国内外广泛关注,已经被国内外多家媒体报道,引起强烈反响。

目前,研究团队正在将这种新型“开关”材料应用于动物肿瘤治疗实验,并在进一步研究磁性纳米颗粒与肿瘤细胞间的纳米力学问题以及高度靶向性技术,期望实现更高效率的肿瘤治疗效果。

这项研究工作学科交叉型很强,研究团队引进了英国利兹大学纳米材料学博士张伟副教授,并招收了2名物理学背景、1名临床医学背景的博士研究生,前期在磁性纳米颗粒表面吸附力学与分散技术上首先取得突破,解决了纳米颗粒“团聚”难题。在此基础上,经过反复探索,终于在纳米磁性材料合成与制备上实现了关键性技术突破。并在材料的细胞毒性试验方面与我校生物医学工程系关水副教授、我校海外学术大师英国萨里大学Ravi Silva教授进行合作与交流,发挥了学科交叉的强大优势。

相关链接:(http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/nr/c7nr02356a#!divAbstract

《Nanoscale》2017,9(37):13835-14290;影响因子:7.367,第一作者:张伟,第二作者:左旭东(博士生),通讯作者:吴承伟,Ravi Silva

责任编辑:姚璐

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