改善了针对脑部肿瘤的可动定向药物递送方式,

2020-01-05 16:32栏目:关于我们
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在一些有特殊血液屏障的器官进行癌症的治疗是非常困难的。一方面,由于血液屏障的存在,手术切除以及放射治疗等方法难以根除癌细胞,容易导致肿瘤复发;另一方面,血液屏障的存在对传统的静脉输送药物造成了很大的阻碍,难以达到预期的效果。

随着科技工业的发展以及老龄化社会的来临,癌症已经成为严重威胁人类健康的高发病症。2018年全球癌症患者约一千八百万人,而且每年新增癌症患者数目在不断增加,预计2030年患癌人数可达两千七百万。化学疗法是适用范围最广的癌症治疗手段,但它也存在着众所周知的问题,包括严重的毒副作用和较低的治疗效果。如作为化疗明星药物的阿霉素,常会引起心脏中毒、骨髓抑制、黏膜炎和秃头等一系列副作用。因此,关于肿瘤治疗的药物递送系统成为研究的热门。研究的目的是建立可以将药物定向输送到病灶部位的递送体系,以提高杀死肿瘤的效率并减少毒副作用的发生;更进一步地,如果能够实现药物在肿瘤部位的可控释放,这将会是更为优越的治疗手段。

为克服目前装置的不足并满足脑部植入装置的硬性要求,韩国首尔大学的科研人员日前开发了一种生物可吸收的电子贴片以及与之集成在一起的无线生物可降解的电子设备,改善了针对脑部肿瘤的可动定向药物递送方式。相关研究发表于《自然—通讯》。

红细胞具有长达120天的体内循环时间,良好的稳定性和伸缩性,无外移植物的免疫原性,是一种很好的肿瘤药物递送载体。同时,载药红细胞可对高压电场刺激产生响应性释放。但传统高压电源设备体积庞大,安全系数低,患者无法自主操作,这些因素阻碍了电场控制式药物递送系统在肿瘤治疗中的应用。

利用温热驱动递送药物

近日,中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟课题组完成了磁性互斥结构植入式摩擦纳米发电机的研制,并与中科院过程工程研究所研究员魏炜合作,将其用于控制载药红细胞在肿瘤部位的定点药物释放,实现了高效的肿瘤治疗效果。磁铁的同极斥力使得磁铁纳米发电机在封装和植入后仍然能够保持长久稳定的电能输出,纳米发电机的电场对装载阿霉素的红细胞膜具有精准的控制释放作用:施加电场时,药物释放加速为本底值的3-4倍;而在电场消失后,药物释放量迅速回归本底值,从而实现了药物的可控释放。将磁铁纳米发电机与叉指电极或微针电极结合,在二维肿瘤细胞、三维肿瘤球团以及小鼠体内的实体肿瘤三个层面,均实现了低浓度给药前提下的优异肿瘤治疗效果。尤其是在活体实验中,该纳米发电机与微针电极相结合的药物递送和释放系统,显著延长了荷瘤小鼠的生存寿命,并且对荷瘤小鼠毒副作用更低。基于磁性互斥结构纳米发电机微型化和高电压低电流输出的特点,该药物可控释放系统可安全地作为穿戴式或植入式电源应用于实际的医疗场景,为可控药物递送系统以及肿瘤治疗提供新的解决方案。

“这项研究的突破性在于植入式设备能够在一定程度上受到体外装置的控制,实现了药物的可控、按需释放,很大程度上减轻了传统抗癌药物‘漫灌’导致的正常机体细胞的受损。” 浙江大学机械工程学院教授贺永评价道。

相关研究成果以Highly Efficient In Vivo Cancer Therapy by an Implantable Magnet Triboelectric Nanogenerator 为题发表在国际学术期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。博士生赵超超、副研究员封红青和博士生张莉君为并列第一作者;李舟和魏炜为共同通讯作者。该项工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及国家万人计划“青年拔尖”人才的经费支持。

由于刚性可植入装置与脑组织的机械不匹配可能会导致神经系统疾病,这就要求植入装置具有很好的柔性,除此之外,还要保证将药物递送至脑部肿瘤的过程中不会意外释放至脑脊液,因此,在完成药物递送之后可完全降解也是必要的。

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“整个装置是可以完全降解的,并且完全降解后的产物不仅对人体无毒,还是人体本身存在的元素。”贺永表示,整个装置的设计与材料的选用原则就是最大限度地减少潜在的神经副作用。另外,药物释放的速度由 “温热” 的程度决定,剂量通过每次磁场作用的时间来控制。

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韩国首尔大学的科研人员表示,BEP 采用温热驱动的方式进行长期的药物递送。BEP 采用双面结构,该结构由载药的亲水性氧化淀粉膜和疏水性聚乳酸封装膜组成。基于镁的超薄电子装置,包括用于温热驱动的无线加热器和用于控制温热驱动的无线传感器,被嵌入这些薄膜中。

图:高性能且稳定输出的可植入磁铁纳米发电机控制药物递送。磁铁纳米发电机可精准控制红细胞内的抗癌药物在肿瘤部位的释放,从而实现优异的体内抗肿瘤效率。

随后,研究人员对 BEP 的力学性能、黏附性能、药物释放性能以及生物相容性进行了表征与测试。结果显示,BEP 的柔顺性以及强黏附力使其能够在脑组织表面进行共形贴附,从而实现局部药物递送;与未经改性的淀粉相比,氧化淀粉显示出更持久的药物释放,延长了药物的递送时间;植入犬脑的 BEP 在 10 周内完全降解,且没有表现出明显的免疫排斥反应。

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