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2020-10-10
生物体形态结构与生理功能的维持离不开力学因素。在肿瘤的发生发展过程中，力学调控与适应必不可少。肿瘤治疗中，除采用小分子、纳米药物调控病灶部位的生物力之外，在实现肿瘤组织物理性机械杀伤方面，临床上也会借助光声冲击波、高强度聚焦超声，以及磁场等干预方式实施治疗。
近日，中国科学院理化技术研究所、首都医科大学联合研究团队发现，液态金属微颗粒在低温冻结作用下发生液固相变时会引发微型爆破，由此形成锋利尖锐的刀刃，可快速刺穿坚硬冰晶，应用于肿瘤低温消融治疗时可显著增强目标组织和细胞的杀伤能力。
研究人员制备出一种由壳聚糖分散的液态镓微米颗粒。该材料具有高导热率，是去离子水的15.53倍。实验发现，在体系的降温过程中，镓颗粒材料在经受冻结由液态转变到固态的相变行为会激发材料的剧烈形变，甚至在某个方向快速生成尖锐微刀刃，像一把金属利剑一样刺穿坚硬冰晶。在高速镜头下，研究人员拍摄到材料爆炸样的形变行为，能够在1毫秒内刺穿150微米的坚硬冰晶。体外细胞实验及在体动物实验均表明，液态金属及其复合材料具有良好的生物相容性。三周内，动物的体重以及肝、肾功能未见异常，对此类材料后续的在体应用提供了安全性依据。
研究中，液态金属颗粒材料处于微米尺度范围，通过瘤内注射的方式递送到肿瘤部位。系列原理性试验证实，低温冷冻手术协同液态金属复合材料的机械杀伤显示出较好的肿瘤增强治疗效果。实验表明，该研究提出的液态金属颗粒材料具有良好的X射线以及CT成像效果，该镓微米材料在核磁成像中能够显著影响T2值，可以同时介导CT和MR的双模态成像。
相关成果以Liquid Metal Microparticles Phase Change Medicated Mechanical Destruction for Enhanced Tumor Cryoablation and Dual-Mode Imaging为题，发表在Advanced Functional Materials上，理化所博士后孙旭阳为第一作者，研究员刘静、首都医科大学宣武医院教授卢洁为共同通讯作者。
基于镓微米颗粒的低温消融与微爆破杀伤肿瘤协同治疗机制及在体双模态成像
镓微米颗粒表征及其受低温冻结发生相变与微爆破生成锋利刀刃的现象
液态金属颗粒及其复合材料的生物安全性评估
液态金属颗粒材料在体肿瘤低温消融与机械杀伤协同治疗
液态金属颗粒材料在体双模态成像
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