磁性纳米颗粒将药物深入肿瘤以减缓癌症的生长

药物和其他治疗方法可以非常有效地杀死癌症细胞，但由于组织内的物理屏障，许多药物难以深入实体瘤，因此效果不佳。但在最近发表在ACS Nano上的一项研究中，研究人员可能已经找到了一种方法来解决这些问题

宾夕法尼亚大学的一个生物工程师团队通过外部磁性装置将具有磁芯的治疗性纳米粒子运送到肿瘤深处。在癌症三阴性小鼠模型中，研究人员使用他们的方法来减缓肿瘤生长，远远超过使用未暴露于磁场的纳米颗粒进行治疗

国家生物医学成像与生物工程研究所（NIBIB）应用科学与技术部科学项目经理Tatjana Atanasijevic博士说：“结果令人鼓舞，特别是因为对癌症三阴性没有太多有效的治疗方法。”。“这些磁性粒子是极好的药物载体和成像促进剂，现在也可以突破以前似乎无法穿透的物理封锁。”

化疗和其他常见形式的癌症治疗不分青红皂白地攻击快速分裂的细胞，有时会在其他健康组织中造成严重副作用。癌症研究人员的一个长期目标是开发专门针对肿瘤的策略

其中一种策略利用了肿瘤中异常形成的血管的渗漏。使用纳米材料，研究人员可以将药物包装在足够大的包装中，使其基本上远离血管完整的健康组织，但仍然足够小，可以穿过肿瘤血管中的缝隙

但是，虽然这些药物载体在技术上可以进入肿瘤组织，但它们通常不会走得太远

宾夕法尼亚大学生物工程教授、该研究的共同主要作者Andrew Tsourkas博士说：“走这条路，你确实会阻止正常组织的一些吸收，但挑战在于纳米粒子比单独的药物大得多，所以它们不会那么多地渗透到肿瘤中。它们只是卡在血管周围。”

为了帮助治疗更深入肿瘤内部的致密组织，Tsourkas和他的同事们试图利用磁性的拉力，这已经在临床上常规使用。通过这种方法，纳米颗粒将被动地从肿瘤血管的间隙泄漏，然后磁场可以将它们更均匀地扩散到整个肿块中。

在过去的一项研究中，研究人员设计了一种双磁体系统，将磁性氧化铁纳米颗粒拉入小鼠的肿瘤深处。他们用这种方法取得了一些进展，进一步推动了粒子，但这个过程需要暴露在磁场中8个小时。尽管如此，由于该系统只能向单一方向拉动，因此大部分肿瘤都没有受到影响

在这项研究的基础上，该团队建造了一个圆柱形的八磁体系统，类似于微型磁共振成像（MRI）机器，可以产生更强的磁场，从开口中心向外拉动。他们的目的是了解该设备是否可以实现更好的颗粒穿透并摧毁更多的肿瘤细胞

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作者在磁性纳米颗粒簇上涂上了一种用于癌症治疗的化学物质，称为氯化氢e6或Ce6，当被某些类型的光照射时，会产生活性分子，称为自由基，对附近的细胞有毒

研究人员将这些涂层纳米粒子簇静脉注射到腹部附近患有三阴性乳腺肿瘤的小鼠体内，然后将动物的中段放入磁性装置中。三个小时后，研究小组使用MRI证实，这些粒子的磁性使它们在这种成像中高度可见，它们在肿瘤中的积累和扩散远远超过没有施加磁场的组

然后，研究人员将红色激光照射到动物的皮肤和乳腺肿瘤中，激活Ce6涂层

为了进行比较，另一组小鼠接受了之前开发的双磁体装置的治疗，而另一组则没有暴露在任何磁场中

作者在16天内追踪了肿瘤的生长，然后在实验结束时，将肿瘤放在显微镜下寻找颗粒。他们报告说，与用之前的设备治疗的肿瘤相比，用新系统治疗的肿瘤含有3.7倍的颗粒，穿透深度为3.5倍，与所有其他组相比，最终显著减缓了它们的生长

在实现了提高肿瘤治疗覆盖率的目标后，研究人员现在正在努力研究他们是否可以通过构建更适合人类的更大版本的磁性系统来保持或提高性能

该团队还计划应对其他临床挑战，即体内的物理障碍使药物靶点难以接近。一种应用可能是使用该技术通过软骨牵引疗法来治疗骨关节炎

Tsourkas说：“在许多应用中，从癌症到关节疾病再到各种肺部疾病，药物渗透性差是一个主要的障碍。我们预计有一天这项技术可能会广泛使用。” More information: Bian Jang et al, Enhanced Accumulation and Penetration of Magnetic Nanoclusters in Tumors Using an 8-Magnet Halbach Array Leads to Improved Cancer Treatment, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.4c16600

Journal information: ACS Nano