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北航馮林課題組:磁流體基靶向給藥微納米機(jī)器人小鼠體內(nèi)實現(xiàn)腫瘤殺傷

更新時間:2023-12-08點擊次數(shù):1142

近幾年具有出色變形能力和可控性的磁流體機(jī)器人受到廣泛關(guān)注像一棵樹。然而優勢與挑戰,這些研究大多是在體外進(jìn)行的必然趨勢,將磁流體用于體內(nèi)醫(yī)療應(yīng)用仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)促進善治。同時,將磁流體機(jī)器人應(yīng)用于人體也需要解決許多關(guān)鍵問題多樣性。本研究創(chuàng)建了基于磁流體的毫米機(jī)器人發揮效力,用于體內(nèi)腫瘤靶向治療,其中考慮了生物相容性明顯、可控性和腫瘤殺傷效果安全鏈。針對生物相容性問題,磁流體機(jī)器人使用玉米油作為基載液創新為先。


此外處理方法,該研究使用的控制系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的生物介質(zhì)中實現(xiàn)對機(jī)器人的三維磁驅(qū)動。利用1064納米的光熱轉(zhuǎn)換特性持續向好,磁流體機(jī)器人可以在體外殺死腫瘤細(xì)胞習慣,在體內(nèi)抑制腫瘤體積、破壞腫瘤間質(zhì)兩個角度入手、增加腫瘤細(xì)胞凋亡建強保護、抑制腫瘤細(xì)胞增殖。這項研究為基于磁流體的毫米機(jī)器人在體內(nèi)實現(xiàn)靶向治療提供了參考生產效率。



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近日使命責任,北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院馮林課題提出了一種通過具有生物相容性的磁流體機(jī)器人實現(xiàn)腫瘤的光熱治療方法。該方法將磁流體的基載液改為具有生物相容性的植物油使用,通過三維電磁控制系統(tǒng)實現(xiàn)磁流體機(jī)器人的靶向控制合規意識,對該種磁流體機(jī)器人在體外與體內(nèi)的生物相容性和光熱腫瘤殺傷效果進(jìn)行了細(xì)致的研究密度增加。本研究中的所有3D模型均使用摩方精密nanoArch®S140設(shè)備打印。相關(guān)研究內(nèi)容以“Biocompatible ferrofluid-based millirobot for tumor photothermal therapy in Near-Infrared II window"為題發(fā)表在《Advanced Healthcare Materials》期刊上創新內容,馮林教授為通訊作者機遇與挑戰,碩士生紀(jì)易明為第一作者。


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圖1.用于近紅外 II 窗口腫瘤光熱治療的生物兼容磁流體液滴機(jī)器人(BFR)概念圖善於監督。




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圖2. BFR表征集成技術。(A)Fe3O4納米粒子的 XRD 圖。(B)Fe3O4納米顆粒的傅立葉變換紅外圖更合理。(C)油酸包裹Fe3O4納米顆粒的傅立葉變換紅外圖適應能力。(D) BFRs 中納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果。(E) 所制備磁流體的磁滯線各方面。(F) 磁流體的紫外-可見-近紅外吸收光譜防控。(G) 不同濃度的BFR在 1064 納米近紅外照射下的溫度曲線發展。(H) 5個加熱-冷卻循環(huán)過程中BFR的光熱穩(wěn)定性研究生動。


該研究制備了一種生物相容性磁流體(BFR)逐漸完善,并對其進(jìn)行了詳細(xì)表征姿勢,如圖2所示數字技術。該生物相容性磁流體由超順磁性納米顆粒(磁響應(yīng)組分)和生物相容性植物油(基載液)構(gòu)成發揮重要作用。雙層的油酸包裹磁顆粒使磁流體獲得較好的穩(wěn)定性強化意識。磁滯回線展現(xiàn)出該磁流體良好的磁響應(yīng)能力擴大公共數據。紅外吸收光譜和光熱升溫曲線體現(xiàn)了該磁流體較好的光熱轉(zhuǎn)換效率和光熱穩(wěn)定性完成的事情。

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圖3. BFR在體外模擬血液循環(huán)環(huán)境中的運動物聯與互聯。(A) BFR 可被控制移動到全血環(huán)境中三維血管模型的任意分支。比例尺:5 毫米:(B) BFR 在肝門靜脈血管模型中的運動控制改造層面,顯示了 BFR 由于可變形性和分裂能力而在血管中的可移動性供給。比例尺:2 毫米。(C) 磁流體機(jī)器人越過障礙物的側(cè)面示意圖經驗分享。(D) BFR 在磁阻力作用下穿過障礙物和心臟組織表面的溝槽深入各系統。(E) BFR 超聲成像示意圖。比例尺:5 毫米:(F) BFR 在一塊牛心血管組織的內(nèi)表面形成一個穩(wěn)定的球體系列。(G) 超聲成像視頻快照作用,顯示運動控制過程中 BFR 在不同時間的位置。比例尺:2 毫米慢體驗。(H) BFR 在全血環(huán)境中逆流而上著力增加。比例尺:1 毫米。



同時該研究對BFR在針對模擬體內(nèi)靶向治療環(huán)境的運動控制進(jìn)行了詳細(xì)研討科技實力。通過四線圈三維電磁系統(tǒng)處理,磁流體機(jī)器人可以實現(xiàn)高精度三維運動控制。由于其具有很強(qiáng)的變形、分裂和融合能力助力各行,BFR可以在更為復(fù)雜的血管環(huán)境(如模擬肝門靜脈模型)中運動前來體驗,以及逆血流的運動。此外確定性,因所選磁流體基載液材為有機(jī)液體更加廣闊,該種磁流體并不會與血管和心臟內(nèi)壁發(fā)生粘連,可以實現(xiàn)在血管中和心臟表面的運動控制相貫通。磁顆粒與體內(nèi)環(huán)境的密度差異也使得超聲成像對BFR在體內(nèi)的位置進(jìn)行實時顯示不斷發展。


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圖4. 體內(nèi)腫瘤殺傷實驗積極影響。(A) 各實驗組裸鼠在治療六天后的腫瘤情況自動化方案,(B) 體重曲線。(C) 腫瘤大小曲線越來越重要。(D) 六天治療后離體腫瘤組織的體積統(tǒng)計線上線下。(E) 小鼠腫瘤切片的 H&E 染色結(jié)果。比例尺:50 微米醒悟。(F) 和 (G) 腫瘤切片的 TUNEL 和 KI67 染色結(jié)果數據顯示。黑色背景圖像為熒光圖像,白色背景圖像為特征熒光圖像也逐步提升。比例尺:100 μm記得牢。


此外,該種磁流體對體內(nèi)腫瘤的治療效果得到了驗證重要的作用。通過小鼠實驗可以觀察到治療組小鼠的腫瘤體積有明顯的減小更多可能性。在染色結(jié)果中治療組也展現(xiàn)出了對腫瘤組織的殺傷和抑制生長效果。