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超声空化作用可增强声动力治疗效果

  

  肿瘤是威胁人类健康的最危险疾病。作为一种新型肿瘤治疗技术,声动力疗法利用超声的强大穿透能力,深入组织内部,激活声敏剂产生活性氧进而杀伤肿瘤细胞,达到治疗目的。

1. 介孔碳球(PMCS)的声动力治疗过程示意图

  近日,声学所超声技术中心白立新副研究员与北京化工大学生命科学技术学院刘惠玉教授团队合作,首次发现金属有机骨架(MOF)衍生的含有类卟啉结构的介孔碳球(PMCS)可作为一种高效无机声敏剂用于声动力治疗,克服了传统有机声敏剂在水中溶解度低、易于从血液循环中消除,在肿瘤部位积蓄量少的问题,增强了其声动力治疗效果。相关研究成果20184月在线发表于国际学术期刊Advanced materials(DOI: 10.1002/adma.201800180)。北京化工大学潘雪婷同学为第一作者,刘惠玉教授为通讯作者,白立新副研究员作为第二作者负责声空化相关研究。

  声动力治疗需要声敏剂的协助。研究人员以沸石咪唑类骨架材料ZIF-8作为模板,通过高温煅烧合成介孔碳球,其类卟啉结构、高比表面积和多孔道结构带来了大量气核,降低了空化阈值。这些气核在超声的作用下发展成空泡,增强了超声的空化效应。

  通过高速摄像机配合高倍率的显微镜头,研究人员首次直观地观察到了在介孔碳球存在的情况下,超声过程中空泡的生长溃灭现象,捕捉到了微射流的产生过程,并发现介孔碳球溶液中的空泡数目和空泡直径明显比水中的更大。(如图2

  

  图2. 动画展示介孔碳球强化的超声空化(拍摄速度12000帧每秒)

  实验表明,介孔碳球作为声敏剂,不仅能够产生类卟啉结构直接杀死肿瘤细胞,而且还可以借助其多通道结构增加气核,强化空化效应,进而强化声动力治疗。

  这一工作将有助于深入探索与金属有机骨架衍生的碳纳米结构相关的声动力治疗机制,设计具有高细胞毒性氧自由基产率和优异稳定性的无机声敏剂。

  参考文献:

  PAN Xueting, BAI Lixin, WANG Hui, WU Qingyuan, WANG Hongyu, LIU Shuang, XU Bolong, SHI Xinghua, LIU Huiyu. Metal-Organic-Framework-Derived Carbon Nanostructure Augmented Sonodynamic Cancer Therapy. Advanced Materials (Epub 2018 Apr 19). DOI: 10.1002/adma.201800180. 

  关键词: 

  肿瘤治疗;碳纳米结构;金属有机骨架;卟啉类结构;声动力疗法

  论文链接