利用磁控和光触发释放的精准药物输送可增强癌症治疗

微流控芯片

研究人员已经证明，微型药物输送容器可以通过磁力引导至目标，从而推动治疗癌症等疾病的精准医疗的发展。

由伊利诺伊大学香槟分校格兰杰工程学院机械科学与工程教授冯杰领导的多所大学团队证明，包裹在脂质囊泡中的磁性粒子可用于引导囊泡在液体中移动。

这项研究发表在《纳米尺度》杂志上，以早期的研究成果为基础，这些成果表明，脂质囊泡可以被设计成在激光照射下释放药物。最终的系统结合了这两个成果，是一个用于精准靶向药物输送的综合原型。

“脂质囊泡在药物递送方面的吸引力在于，它们的结构与细胞相似，因此可以只与特定类型的细胞相互作用——这对于癌症治疗来说是一个显著的优势，”冯教授说道。“实现此类载体的挑战之一是如何引导它们到达正确的位置。我们已经展示了如何利用磁场来实现这一点，解决了体外演示之前的最后一个重大难题。”

冯教授指出，现有的医疗技术，例如核磁共振成像（MRI），可以重新利用磁场来控制药物输送载体，尤其是考虑到这些磁场的设计初衷是穿透人体。这可以通过将超顺磁性粒子封装在药物输送载体中来实现，这样它就能与外部控制的磁场相互作用。

构建磁控脂质囊泡的第一步是开发一种可靠的方法，将磁性颗粒封装在囊泡中。冯氏实验室伊利诺伊大学格兰杰工程学院的研究生、该研究的主要作者维尼特·马利克（Vinit Malik）采用了“反相乳化”法，即将磁性颗粒添加到溶解的脂质溶液中，脂质液滴在颗粒周围形成。

“我们之前并不清楚封装脂质颗粒的最佳方法是什么，所以我们进行了大量的文献检索，并进行了反复试验，”马利克说。“我们必须确定最佳的磁性颗粒尺寸，然后我们必须确定反相乳化法是封装颗粒产量最高的方法。”

接下来，研究人员证明磁场可以引导脂质囊泡。Malik 开发了一个 3D 打印平台，将磁体牢固地安装在显微镜上，并将囊泡置于磁体之间的溶液中。通过观察由此产生的运动，研究人员观察到了速度如何随磁性颗粒尺寸与囊泡尺寸之比的变化。他们还证实，囊泡只有在移动到微流体通道末端后，被激光照射时才会释放其载物。

虽然这些实验表明脂质囊泡在磁场中按预期运动，但为了理解整个装置的行为，还需要了解磁性粒子如何从内部推动囊泡。伊利诺伊州的研究人员与圣克拉拉大学的研究人员合作，通过计算研究囊泡的内部动力学，以预测其运动速度。他们利用格子玻尔兹曼方法观察了磁性粒子在磁场中移动时如何拖动整个囊泡。

“这让我们能够扩展实验，因为否则很难观察或预测这种囊泡系统的反应，”马利克说。“它赋予我们预测能力，这将增强设计指导，并让我们了解控制运动的物理机制。”

凭借光诱导药物释放和磁控的实验证明，冯的实验室现在计划开始体外研究，证明脂质囊泡可以通过人体血液等液体被磁控到特定位置。

“我们的综合研究成果为构建一个全面的精准药物输送系统奠定了基础，我们已准备好探索其在治疗中的潜在用途，”冯教授说道。“我们正在朝着下一步迈进：使用真实的药物，并在模拟生物环境特征的微流体系统中进行体外研究。”

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