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使用磁性纳米颗粒的癌细胞死亡

由布法罗大学物理系的Hao Zeng领导的团队报告了最大化的特定损耗功率和固有损耗功率接近纳米颗粒的交流(AC)磁场加热的理论极限。

磁性纳米颗粒热疗是癌症治疗的一种形式,其利用磁性纳米颗粒在交变磁场中的热耗散来杀死肿瘤细胞。过去已经进行过治疗脑肿瘤的人体临床试验。纳米粒子热疗的理想应用是小肿瘤和转移癌细胞的靶向治疗,其中可能无法进行手术切除。由于体内强烈的散热,例如,来自血流,肿瘤越小,需要更高的纳米颗粒加热能力以达到杀死癌细胞所需的温度。然而,目前的磁性颗粒的加热功率远远不足以满足这种应用。

迄今为止开展的大部分工作都集中在在仪器的高磁场下实现尽可能高的特定损耗功率。由于损耗功率取决于磁各向异性(磁各向异性是材料的特性,其定义了在不同方向上磁化材料的难度),以前的工作已经通过在芯上生长壳来控制纳米颗粒的各向异性。具有不同磁各向异性的颗粒,或通过生长具有不同形状的颗粒来控制它们的各向异性。然而,关于使用具有不同磁各向异性的磁性材料的合金化来控制各向异性的工作很少。更重要的是,在适合临床应用的低场中使纳米颗粒的损失能力最大化的工作很少。

通过将软磁材料与硬磁材料合金化,可以随意调节磁各向异性。恰到好处的合金化量将提供最大化加热功率所需的磁性。这使得能够在临床热疗中应用于小肿瘤和转移性癌细胞的靶向治疗,其中可能无法进行手术切除。由于加热可以高度定位于肿瘤组织,因此可以用于替代辐射或化疗,具有最小的侵入性和副作用。

在Small的文章中,通过仔细设计合金磁硬磁铁氧体的纳米粒子的磁性,研究小组在低场强和频率下实现了加热速率,这比几个高出几倍到一个数量级。先前合成的性能最佳的颗粒,使其适用于临床应用。

Zeng表示,“除了用于煎炸癌细胞的每个单独颗粒的尺寸比典型的煎锅小1000万倍之外,纳米颗粒的交流场加热机制与感应加热炉没有区别。因此,它可以让热量在癌细胞上局部释放,并保留健康组织。“

研究小组能够将各向异性与实验中使用的场振幅相匹配,以最大化加热功率。不仅如此,这些纳米粒子具有低毒性:它们的毒性甚至低于磁铁矿纳米粒子的毒性,磁铁矿纳米粒子是FDA批准的用作MRI造影剂的材料。在手术切除后模仿骨肿瘤治疗,使用嵌入纳米颗粒的骨水泥有效加热一块猪骨,其剂量比先前研究中使用的剂量低一个数量级。

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