本文介绍了一种通过自组装制备氧化铁纳米颗粒包壳微泡（NSMs）的方案，该方案将磁性、声学和光学响应性协同整合于一个纳米治疗平台中，用于磁热疗与光热联合癌症治疗。
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方法文章
磁性、声学与光学三重响应型微泡用于磁热与光热联合癌症治疗
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
旨在实现靶向递送、深层渗透以及在肿瘤部位可控释放的抗癌药物精准递送一直面临挑战。本文中，我们通过自组装方法制备了具有氧化铁纳米颗粒壳层的微泡（NSMs），将磁响应性、声响应性和光响应性协同整合于一个纳米治疗平台。氧化铁纳米颗粒兼具磁性和光热效应功能。静脉注射后，NSMs 可通过磁场引导至肿瘤部位。超声可触发氧化铁纳米颗粒的释放，利用微泡的空化效应促进纳米颗粒深入渗透至肿瘤组织内部。随后，可对肿瘤实施磁热疗和光热治疗，实现联合癌症治疗，从而应对因肿瘤异质性导致的抗癌耐药问题。在本实验方案中，我们完成了 NSMs 的合成及其结构、化学、磁学和声学特性的表征。此外，通过体外细胞培养实验评估了热疗的抗癌效果。该递送策略与联合治疗方案在癌症治疗中具有广阔前景，有望显著提升药物递送效率和抗癌疗效。
引言
癌症是最致命的疾病之一，每年在全球造成数百万人死亡以及巨大的经济损失1。在临床实践中，传统的抗癌疗法（如手术切除、放射治疗和化学治疗）仍无法提供令人满意的治疗效果2。这些疗法的局限性包括高毒副作用、高复发率和高转移率3。例如，化学治疗受限于化疗药物精准递送至肿瘤部位的效率低下4。药物难以穿透生物屏障（包括细胞外基质和高肿瘤间质液压力）深入肿瘤组织，也是导致治疗效果不佳的原因之一5。此外，接受单一化疗治疗的患者通常会出现肿瘤耐药性6。因此，能够实现肿瘤热消融的技术，如光热治疗（PTT）和磁热疗（MHT），在降低肿瘤耐药性方面已显示出良好的前景，并正在进入临床试验阶段7,8,9。
光热疗法（PTT）通过光热转换剂在激光能量照射下引发热消融，从而杀伤癌细胞。所产生的高温（超过50 °C）可直接导致肿瘤细胞不可逆的损伤和死亡。 ˚C）诱导细胞完全坏死10最近，....
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方案
所有动物实验均按照OG Pharmaceutical动物护理和使用实验室动物指南批准的方案进行。这些方案遵循OG Pharmaceutical实验室动物伦理委员会的指导原则。
1. 纳米颗粒包壳微泡（NSMs）的合成
- 将磁性纳米颗粒（Fe3O4，氧化铁）分散于去离子水中，配制成 10 mg/mL 的储备液。
- 将含有 IONPs 溶液的离心管置于超声清洗仪中处理 20 分钟，使用前获得均匀分散的 IONPs 溶液。
- 在 1.5 mL 离心管中加入 150 μL 去离子水、150 μL 10 mM 十二烷基硫酸钠（SDS）以及 400 μL 来自步骤 1.1 的 IONPs 储备液。
- 将匀浆器固定在支架上，并置于冰浴中。
- 将混合液离心管置于冰浴中，并精确调整匀浆器探头位置，使其完全浸入混合液中。
- 调节匀浆器转速至 20,000 rpm，开启匀浆器处理 3 分钟。
- 关闭匀浆器，并将离心管从冰浴中取出。
- 将离心管放置于试管架中，在室温下静置 12 小时以达到稳定状态。
- 用磁铁将所得 NSMs 吸附至管壁，移除上清液，随后加入 1 mL 新鲜去离子水。
- 重复洗涤过程三次，最后将 NSMs 重新悬浮于 1 mL 新鲜蒸馏水中。
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结果
本研究中使用的三重响应性纳米颗粒包壳微泡（NSMs）通过振荡表面活性剂与IONPs的混合物制备而成。IONPs（50 nm）在液-气核心界面处自组装，形成致密排列的磁性壳层。NSMs的形态如图1A所示。所获得的NSMs呈球形，平均直径为5.41 ± 1.78 μm（图1B）。结果表明NSMs已成功制备。当储存在水中时，微泡可保持完整超过1年，在缓冲液和细胞培养基中至少稳定10天19。如图1D所示，随着施加超声波循环次数的增加，铁（Fe）实现了逐步释放。经过10个循环后，约有20%的铁被释放；直至50个超声循环，释放的铁量达到约80%的平台期。这些结果表明，可通过外部超声触发实现IONPs的按需释放。
在水溶液中，IONPs介导的光热测量结果如图2所示。如图2A、B所示，随着辐照时间的增加，IONPs的温度迅速上升。当Fe浓度为5 mg.......
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讨论
本文介绍了一种通过自组装制备具有氧化铁纳米颗粒壳层的微泡（NSMs）的方案，将磁性、声学和光学响应性整合于单一纳米治疗平台。氧化铁纳米颗粒（IONPs）紧密包覆在气核周围形成磁性壳层，可通过外加磁场实现靶向控制。递送至目标位置后，可通过超声触发释放IONPs。释放后的IONPs可被近红外光（NIR）和交变磁场（AFM）分别或共同激活，用于光热治疗（PTT）和磁热治疗（MHT），或两者的联合治疗。
在整个实验方案中，NSMs 的合成步骤起着重要作用，是整个方案的基础。同时，IONPs 在体外的可控释放验证了 NSMs 的声学响应特性。在水溶液中进行的光热测量和磁热疗测量实验方案也分别验证了 NSMs 的磁学和光学响应特性。
为了成功制备纳米声敏剂（NSMs），使用前必须将氧化铁纳米颗粒（IONPs）溶液超声处理20分钟，以确保IONPs在水中均匀分散。进行搅拌时，必须将匀浆器探头完全浸入溶液中。在研究NSMs的声学响应时，应将样品管直接放置在换能器顶部，并用磁铁将NSMs吸附至管底，以防止超声强度衰减。此外，若在光热测量或磁热疗.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（81601608）和南京邮电大学科研基金（NY216024）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 808 nm 激光功率 | Changchun New Industries Optoelectronics Tech | MDL-F-808-5W-18017023 | |
| Calcein-AM | Thermo Fisher SCIENTIFIC | C3099 | |
| 胎牛血清 | Invitrogen | 16000-044 | |
| 荧光显微镜 | Olympus | IX71 | |
| 函数发生器 | Keysight | 33500B 系列 | 20 MHz，双通道，具备任意波形生成功能 |
| 明胶凝胶 | Sigma | 9000-70-8 | |
| 加热设备 | Shuangping | SPG-06-II | |
| 自制聚焦换能器 | 频率=855，R-X=36.2W+5.8W，|Z|-θ=37W+8° | ||
| 匀浆器 | SCILOGEX | D-160 | 8000-30000 rpm |
| 水听器 | T&C | NH1000 | |
| ICR 雄性小鼠 | OG Pharmaceutical. Co. Ltd | 8 周龄 | |
| 电感耦合等离子体发射光谱仪 | PerkinElmer | ||
| 红外热成像相机 | FLIR | E50 | |
| 氧化铁（II,III） | Alfa Aesar | 1317-61-9 | 50-100 nm APS 粉末 |
| 激光功率计 | Changchun New Industries Optoelectronics Tech | ||
| 示波器 | Keysight | DSOX3054T | 带宽 500 MHz，采样率 5 GS/s，4 通道 |
| 射频功率放大器 | T&C | AG1020 | 信号源也可连接外部信号源。增益可在 0 至 100% 范围内调节，具备频率扫描、脉冲和三角波等多种功能。 |
| Roswell Park Memorial Institute-1640 | KeyGEN BioTECH | KGM31800 | |
| 十二烷基硫酸钠 | Sigma | 151-21-3 |
参考文献
- Kievit, F. M., Zhang, M. Cancer nanotheranostics: improving imaging and therapy by targeted delivery across biological barriers. Advanced Materials. 23 (36), 217-247 (2011).
- Wu, H., et al.
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