四川
在肿瘤发生发展过程中，肿瘤细胞所处的力学环境不断发生改变。 力学微环境的改变会调节肿瘤进程，并影响临床治疗效果。 基于磁性纳米马达在时变磁场调控下产生机械力的原理，成昱教授团队前期提出了“磁力刀”的概念，即利用磁机械力破环肿瘤细胞，达到与手术刀类似的治疗效果。 如何在生理高粘度环境下驱动磁性纳米马达是实现机械破坏肿瘤细胞的关键环节，是“磁力刀”进行有效肿瘤治疗的核心科学问题。
针对磁性纳米马达在体内复杂生理环境中机械能量转换效率不足的问题，成昱教授团队开发了一种光磁耦合驱动的金磁刺状纳米马达（PMN）用以实现低能量磁机械力高效肿瘤杀伤效果（图1）。该纳米马达的杂化结构和尖刺结构使其具有对时变磁场的感知能力和在NIR-II区域的光热转化能力（图2）；同时PMN界面存在的光磁耦合效应可以增强纳米马达的磁力效应并降低流体中的粘性力，从而实现更高效的机械能转换效率，有利于克服复杂生理环境实现纳米马达的有效运动（图3）。基于PMN能量转换和流体黏度的双重控制能力，在NIR-II激光和旋转交变磁场同时输入的情况下，纳米马达的磁感应能力增强，且微环境黏度随着温度升高而被下调，更便于PMN形成组装体并有效产生力矩，最终对肿瘤细胞溶酶体产生更强烈的机械破坏作用（图4）。体内研究表明，光磁双场同时施加可实现对肿瘤生长的有效抑制，并且最大程度诱导肿瘤细胞的凋亡（图5）。该研究提供了一种双管齐下的方法来增强纳米马达的集成感知和机械驱动能力，这可能为设计具有自主感知能力和主动适应肿瘤生理环境的集成磁性纳米马达提供新的方向，推进“磁力刀”的临床应用。
相关研究成果以“Photomagnetically Powered Spiky Nanomachines with Thermal Control of Viscosity for Enhanced Cancer Mechanotherapy”为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。
图1：PMN的表征与模拟。
图2：PMN的光磁耦合能力。
图3：PMN的体外光磁驱动协同效应。
图4：PMNs对MDA-MB-231细胞的抗肿瘤作用。
图5：PMNs介导的增强型机械疗法对MDA-MB-231荷瘤小鼠体内抗肿瘤作用的研究。
作者简介
成昱博士，同济大学医学院教授，上海自主智能无人系统科学中心副主任，博士生导师，同济大学附属第四人民医院PI。入选国家海外高层次人才计划（青年）、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、上海市优秀学术带头人（青年）、上海市“浦江人才计划”。 成昱教授课题组依托同济大学和附属医院的多学科交叉特色，医工理融合，围绕“磁医学”开展三个方向研究：1. 磁医学工程：以磁智能调控为核心，研究微磁力治疗实体肿瘤等疾病的靶向方案和免疫协同治疗新模式，并自主研发磁力治疗智能调控装置，推进其临床转化；2. 医用磁感应微纳机器人：以高灵敏磁感知与响应为核心，研究微纳机器人的仿生智能控制和生物医学应用；3. 磁神经调控：研发高精度磁调控神经细胞的新技术和手段。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202204996
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