“给我一个支点，我可以撬动肿瘤”：同济大学成昱团队联合中美临床团队研发靶向线粒体的超小“磁力刀”治疗脑肿瘤

力广泛存在于生命的各个尺度，在调控细胞增殖、分化、死亡等方面起着至关重要的作用。微磁力治疗是抗肿瘤的新策略，通过磁性材料与磁场耦合产生皮牛级机械力达到杀伤肿瘤细胞的效果，具有精度高、穿透深、时空可控等优势。然而，大颗粒的磁性材料虽能产生强磁力，但给药方式受限且生物代谢困难；小颗粒的磁性材料由于含磁感应物质不足，难以产生强机械力杀伤肿瘤细胞。如何安全有效地运用磁力治疗肿瘤是其临床转化面临的巨大挑战。

“给我一个支点，我可以撬起整个地球。”古希腊物理学家阿基米德名言激励着科学家们勇闯“无人区”和“深水区”。如何用微磁力撬动肿瘤治疗呢？同济大学医学院及附属东方医院成昱团队与附属东方医院的刘中民教授以及美国西北大学医学院的Maciej. S. Lesniak教授联合攻关，以肿瘤“线粒体”作为磁力支点，采用“集团规模作战”的自组装模式和“精准打击要害”的靶向策略，在动物水平实现了超小尺寸磁性纳米材料（MNPs）对脑肿瘤细胞的高效磁力治疗。团队设计了靶向线粒体的20 nm 锌掺杂铁氧体纳米方块，在旋转磁场下组装成微米尺寸的“磁力刀”，从而能够产生～12 pN级的剪切力有效抑制肿瘤生长，并证明磁力作用30分钟就可以诱导肿瘤细胞凋亡，进一步在脑肿瘤动物模型上验证了磁力治疗的有效性和安全性。该工作于2019年12月23日在Small 杂志在线发表。此项工作融合了三个关键点：（1）选择性定点作用于肿瘤细胞线粒体，增强磁力的破坏效果；（2）旋转磁场下组装成磁力刀结构，并产生足够的剪切力破坏线粒体结构，最终引起肿瘤细胞死亡，在动物模型中可有效抑制脑肿瘤生长；（3）安全的超低频磁场控制，使用15 Hz 低场旋转交变磁场，实现磁力的时空精准调控，无热信号及其他副作用。该超小“磁力刀”在动物水平上成功实现肿瘤的高效破坏，将推动微磁力治疗相关的平台及装置研发，加速磁力治疗脑肿瘤的临床转化。

图1. 靶向肿瘤线粒体的超小“磁力刀”

论文的共同第一作者是成昱教授团队的硕士研究生陈梦伟、博士研究生吴交交。共同通讯作者是同济大学医学院及附属东方医院的成昱教授、附属东方医院的刘中民教授以及美国西北大学医学院的Maciej. S. Lesniak教授。该项目受到张江国家自主创新示范区专项发展基金重大项目、国家自然科学基金、上海市教委科研创新计划重大创新项目、上海市科委、中央高校经费等大力支持。

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Remote Control of Mechanical Forces via Mitochondrial-Targeted Magnetic Nanospinners for Efficient Cancer Treatment

Mengwei Chen, Jiaojiao Wu, Peng Ning, Jingjing Wang, Zuan Ma, Liqun Huang, Gustavo R. Plaza, Yajing Shen, Chang Xu, Yu Han, Maciej S. Lesniak, Zhongmin Liu, Yu Cheng

Small, 2019, DOI: 10.1002/smll.201905424

导师介绍

成昱

https://www.x-mol.com/university/faculty/68733