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中科院納米能源所李琳琳&王中林與宣武醫(yī)院關(guān)云謙《Adv. Mater.》:自供能、可植入和無(wú)線(xiàn)控制的腦膠質(zhì)瘤氣體治療
2022-10-09  來(lái)源:高分子科技

  膠質(zhì)母細(xì)胞瘤作為最具侵略性的惡性原發(fā)性腦腫瘤,即使采用手術(shù)、放療和化療等方法進(jìn)行治療,中位生存時(shí)間也只有15-23個(gè)月。由于血腦屏障(BBB)的存在,治療藥物很難有效地輸送到腫瘤進(jìn)行治療。作為一種創(chuàng)新方式,手術(shù)中植入具有治療功能的生物電子器件,可以繞過(guò)BBB,提高療效并降低毒副作用。然而,傳統(tǒng)的植入式生物光電器件存在療效不理想、順應(yīng)性差、能源供給不便等問(wèn)題,應(yīng)用受到極大限制。尋找新的生物電子器件、治療方式和能源供給手段將成為該領(lǐng)域應(yīng)用的重要突破點(diǎn)。作為一種新興的治療方式,氣體治療被認(rèn)為是一種高效、低毒的綠色癌癥治療方式。那么,如果能在解決能源供給的基礎(chǔ)上,將植入式生物電子器件與氣體治療相結(jié)合,有望能為神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療帶來(lái)新的契機(jī)。


  中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李琳琳研究員、王中林院士首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院關(guān)云謙研究員團(tuán)隊(duì)合作,設(shè)計(jì)了一套用于顱內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤氣體治療的自供能治療系統(tǒng)。這一系統(tǒng)由患者可以自我操控、可穿戴的、可拉伸的摩擦納米發(fā)電機(jī)(wsTENG)和可顱內(nèi)植入的一氧化氮(NO)釋放器件(NO-LED)組成。wsTENG穿戴在患者身上(手臂、腿等部位),將身體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并啟動(dòng)植入顱內(nèi)的NO釋放器件,持續(xù)釋放NO氣體殺死腫瘤細(xì)胞。這一治療過(guò)程可以由患者通過(guò)智能手機(jī)無(wú)線(xiàn)操控,具有可長(zhǎng)期、遠(yuǎn)程、家庭化治療應(yīng)用的潛力。 



用于顱內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤氣體治療的自供能治療系統(tǒng)的示意圖 


圖一. 可穿戴和可拉伸單電極模式TENG(wsTENG)的制作、輸出和能量收集性能


  將氯化鋰溶液作為液體電極注入密封的硅橡膠囊中,制備了自供能、可穿戴、可拉伸的單電極模式TENG(wsTENG)wsTENG穿戴到人體身上,采集手臂擺動(dòng)機(jī)械能,獲得400 V左右的電壓輸出,并且能夠?qū)⒓~扣電池從1.8 V充電到2.5 V,為LED供電。 


圖二. NO-LED的制備和NO釋放性能 


  所制備的NO-LEDwsTENG供能下,可實(shí)現(xiàn)NO的持續(xù)釋放,30分鐘內(nèi)達(dá)到27.4 μM的NO累積濃度,并且在20個(gè)循環(huán)后NO的釋放濃度仍可達(dá)到19.05 μM。 


圖三自供能氣體治療系統(tǒng)的體外癌癥治療效果  



圖四. 自供能氣體治療系統(tǒng)對(duì)4T1皮下腫瘤的治療 


圖五. 自供能氣體治療系統(tǒng)對(duì)SD大鼠顱內(nèi)C6膠質(zhì)瘤的治療 


  進(jìn)一步考察了自供能氣體治療系統(tǒng)體內(nèi)、外的抗腫瘤效果(圖三、四、五)。該治療系統(tǒng)導(dǎo)致4T1乳腺癌C6腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)NO升高,細(xì)胞發(fā)生損傷和凋亡。用于小鼠皮下4T1乳腺癌模型和大鼠C6顱內(nèi)腦膠質(zhì)瘤模型的治療均獲得了良好的抗腫瘤效果。


  總的來(lái)說(shuō),這種自供能氣體治療系統(tǒng)為惡性腦膠質(zhì)瘤的治療提供了一種新的治療模式,提出了長(zhǎng)期、遠(yuǎn)程、家庭化治療來(lái)對(duì)抗癌癥的創(chuàng)新途徑。


  近期,該研究成果以“Self-powered, Implantable, and Wirelessly-Controlled NO Generation System for Intracranial Neuroglioma Therapy”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials上。文章的第一作者是中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的博士生姚順成,通訊作者為中科院北京納米能源所李琳琳研究員、王中林院士首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院關(guān)云謙研究員


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205881

  李琳琳課題組主頁(yè):https://www.x-mol.com/groups/lilinlin

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