靶向線粒體的超小“磁力刀”治療腦腫瘤
力廣泛存在于生命的各個(gè)尺度，在調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、死亡等方面起著至關(guān)重要的作用。微磁力治療是抗腫瘤的新策略，通過(guò)磁性材料與磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生皮牛級(jí)機(jī)械力達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的效果，具有精度高、穿透深、時(shí)空可控等優(yōu)勢(shì)。然而，大顆粒的磁性材料雖能產(chǎn)生強(qiáng)磁力，但給藥方式受限且生物代謝困難；小顆粒的磁性材料由于含磁感應(yīng)物質(zhì)不足，難以產(chǎn)生強(qiáng)機(jī)械力殺傷腫瘤細(xì)胞。如何安全有效地運(yùn)用磁力治療腫瘤是其臨床轉(zhuǎn)化面臨的巨大挑戰(zhàn)。
為了解決上述關(guān)鍵難題，同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院及附屬東方醫(yī)院成昱團(tuán)隊(duì)與附屬東方醫(yī)院的劉中民教授以及美國(guó)西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Maciej. S. Lesniak教授聯(lián)合攻關(guān)，采用“集團(tuán)規(guī)模作戰(zhàn)”的自組裝模式和“精準(zhǔn)打擊要害”的靶向線粒體策略，在動(dòng)物水平實(shí)現(xiàn)了超小尺寸磁性納米材料（MNPs）對(duì)腦腫瘤細(xì)胞的高效損傷。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了靶向線粒體的20 nm 鋅摻雜鐵氧體納米方塊，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下組裝成微米尺寸的磁力刀，從而能夠產(chǎn)生～12 pN的剪切力有效抑制腫瘤生長(zhǎng)，并證明磁力作用30分鐘就可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步在腦腫瘤動(dòng)物模型上驗(yàn)證了磁力治療的有效性和安全性。該工作于2019年12月23日在Small雜志在線發(fā)表，題為“Remote Control of Mechanical Forces via Mitochondrial-Targeted Magnetic Nanospinners for Efficient Cancer Treatment.”（DOI: 10.1002/smll.201905424）。此項(xiàng)工作融合了三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：（1）選擇性定點(diǎn)作用于腫瘤細(xì)胞線粒體，增強(qiáng)磁力的破壞效果；（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下組裝成磁力刀結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生足夠的剪切力破壞線粒體結(jié)構(gòu)，最終引起腫瘤細(xì)胞死亡，在動(dòng)物模型中可有效抑制腦腫瘤生長(zhǎng)；（3）安全的超低頻磁場(chǎng)控制，使用15 Hz 低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁力的時(shí)空精準(zhǔn)調(diào)控，無(wú)熱信號(hào)及其他副作用。該超小“磁力刀”在動(dòng)物水平上成功實(shí)現(xiàn)腫瘤的高效破壞，將推動(dòng)磁力治療相關(guān)的平臺(tái)及裝置研發(fā)，加速磁力治療腦腫瘤的臨床轉(zhuǎn)化。
論文的共同第一作者是成昱教授團(tuán)隊(duì)的碩士研究生陳夢(mèng)偉、博士研究生吳交交。共同通訊作者是同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院及附屬東方醫(yī)院的成昱教授、附屬東方醫(yī)院的劉中民教授以及美國(guó)西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Maciej. S. Lesniak教授。該項(xiàng)目受到張江國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)專項(xiàng)發(fā)展基金重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市教委科研創(chuàng)新計(jì)劃重大創(chuàng)新項(xiàng)目、上海市科委、中央高校經(jīng)費(fèi)等大力支持。
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