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中科院納米能源所李琳琳/王中林《Adv. Mater.》：無線控制、可植入和全降解的摩擦電器件用于癌癥治療

2023-07-03 來源：高分子科技

腫瘤治療場（TTFields）通過電場干擾腫瘤細胞的有絲分裂，于2011年首次獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批準，用于治療復發性多形性膠質母細胞瘤。雖然TTFields在臨床應用中取得了一定的成效，但目前TTFields治療需要復雜的電線連接，繁瑣的設備，治療時間長，而且可能帶有潛在的風險因素。因此，開發一種無線控制、可植入、可降解并且治療效率高的電刺激器件，能夠為TTFields的發展提供新的機遇。

中科院北京納米能源與系統研究所李琳琳研究員和王中林院士團隊設計了一種可植入、可生物降解和無線控制的治療性摩擦納米發電機（ET-TENG）用于惡性腫瘤治療。ET-TENG具有超薄、柔性、可植入、可降解的結構特點。在超聲波（US）的刺激下，植入的ET-TENG可以產生交變電場，同時向腫瘤組織釋放微量的抗有絲分裂藥物，如多烯紫杉醇。交變電場和藥物的共同作用引起細胞微管蛋白和肌動蛋白的下調，破壞了微管和肌動蛋白絲的組裝，導致細胞周期停滯和細胞死亡。該器件只需花費較短的時間（總長90分鐘，VS臨床批準的TTField需每天至少18小時）就能實現高效的腫瘤治療，而且不需要二次手術移除，避免感染和腫瘤轉移風險。這項工作為未來發展電觸發的智能癌癥治療奠定了基礎。

超聲驅動的無線ET-TENG治療癌癥的示意圖

圖一. ET-TENG的制備、輸出性能和生物相容性。

響應外部超聲的ET-TENG尺寸為1厘米×1厘米，總厚度約為130微米，由兩層獨立的薄膜和夾在中間的空氣層組成。上層復合膜為摻有中空結構共價有機框架納米籠（hCOF）的約60 μm的聚（ε-己內酯）（PCL）納米纖維膜（記為PCL-hCOF），其上沉積了一個約100 nm的鎂層作為背電極。在純PCL納米纖維層上沉積了鎂層作為摩擦層，形成下層復合膜。兩層獨立的薄膜組通過熱壓組裝、自封裝形成ET-TENG。在頻率為23KHz、功率強度為0.8W cm^-2的超聲下，ET-TENG產生~3.2V的電壓輸出。同時，藥物釋放行為具有良好的電刺激依賴性。

圖二. ET-TENG在細胞水平上的癌癥治療效果。

圖三. ET-TENG干擾C6大鼠腦膠質瘤細胞的細胞骨架，造成細胞周期阻滯。

圖四. ET-TENG的體內植入、生物降解和癌癥治療性能。

隨后考察了ET-TENG體內、外抗腫瘤效果（圖二、三、四）。結果證明，該器件對多種腫瘤細胞具有抑制殺傷作用。在超聲波作用下，ET-TENG能夠有效地干擾腫瘤細胞有絲分裂，最終導致細胞死亡。在裸鼠皮下C6腦膠質瘤模型的治療中，植入的器件在單次超聲波作用下獲得了良好的抗腫瘤效果。

圖五. 電場刺激與抗有絲分裂藥物共同作用下C6細胞RNA轉錄組學分析

進一步對C6細胞RNA轉錄組學分析發現，在電場刺激和抗有絲分裂藥物的共同作用下，有絲分裂相關基因被調控，相關信號通路發生改變。

總的來說，該器件可以被局部植入體內，對原位腫瘤、無法切除的腫瘤、以及手術后殘余的腫瘤發揮作用。這項工作不僅提供了可降解的摩擦電器件用于治療腫瘤的新方法，而且還為瞬時植入式醫療設備提供了一條新的途徑。

近期，該研究成果以“Implantable, Biodegradable, and Wireless Triboelectric Devices for Cancer Therapy Through Disrupting Microtubule and Actins Dynamics”為題發表在學術期刊Advanced Materials上。文章的第一作者是中科院北京納米能源與系統研究所的博士生姚順成，通訊作者為李琳琳研究員和王中林院士。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303962

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

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（責任編輯：xu）

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