納米發電機控制的藥物精準遞送系統實現高效的腫瘤治療
隨著科技工業的發展以及老齡化社會的來臨，癌症已經成為嚴重威脅人類健康的高發病症。2018年全球癌症患者約一千八百萬人，而且每年新增癌症患者數目在不斷增加，預計2030年患癌人數可達兩千七百萬。化學療法是適用範圍最廣的癌症治療手段，但它也存在著眾所周知的問題，包括嚴重的毒副作用和較低的治療效果。如作為化療明星藥物的阿黴素，常會引起心臟中毒、骨髓抑制、黏膜炎和禿頭等一系列副作用。因此，關於腫瘤治療的藥物遞送系統成為研究的熱門。研究的目的是建立可以將藥物定向輸送到病灶部位的遞送體系，以提高殺死腫瘤的效率並減少毒副作用的發生；更進一步地，如果能夠實現藥物在腫瘤部位的可控釋放，這將會是更為優越的治療手段。
紅細胞具有長達120天的體內循環時間，良好的穩定性和伸縮性，無外移植物的免疫原性，是一種很好的腫瘤藥物遞送載體。同時，載葯紅細胞可對高壓電場刺激產生響應性釋放。但傳統高壓電源設備體積龐大，安全係數低，患者無法自主操作，這些因素阻礙了電場控制式藥物遞送系統在腫瘤治療中的應用。
近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所李舟課題組完成了磁性互斥結構植入式摩擦納米發電機的研製，並與中科院過程工程研究所研究員魏煒合作，將其用於控制載葯紅細胞在腫瘤部位的定點藥物釋放，實現了高效的腫瘤治療效果。磁鐵的同極斥力使得磁鐵納米發電機在封裝和植入後仍然能夠保持長久穩定的電能輸出，納米發電機的電場對裝載阿黴素的紅細胞膜具有精準的控制釋放作用：施加電場時，藥物釋放加速為本底值的3-4倍；而在電場消失後，藥物釋放量迅速回歸本底值，從而實現了藥物的可控釋放。將磁鐵納米發電機與叉指電極或微針電極結合，在二維腫瘤細胞、三維腫瘤球團以及小鼠體內的實體腫瘤三個層面，均實現了低濃度給葯前提下的優異腫瘤治療效果。尤其是在活體實驗中，該納米發電機與微針電極相結合的藥物遞送和釋放系統，顯著延長了荷瘤小鼠的生存壽命，並且對荷瘤小鼠毒副作用更低。基於磁性互斥結構納米發電機微型化和高電壓低電流輸出的特點，該藥物可控釋放系統可安全地作為穿戴式或植入式電源應用於實際的醫療場景，為可控藥物遞送系統以及腫瘤治療提供新的解決方案。
相關研究成果以Highly Efficient In Vivo Cancer Therapy by an Implantable Magnet Triboelectric Nanogenerator 為題發表在國際學術期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。博士生趙超超、副研究員封紅青和博士生張莉君為並列第一作者；李舟和魏煒為共同通訊作者。該項工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金以及國家萬人計劃「青年拔尖」人才的經費支持。
圖：高性能且穩定輸出的可植入磁鐵納米發電機控制藥物遞送。磁鐵納米發電機可精準控制紅細胞內的抗癌藥物在腫瘤部位的釋放，從而實現優異的體內抗腫瘤效率。
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