近年来,纳米医学领域取得了显著进展,磁性纳米颗粒(MNPs)作为各种生物医学应用中的强大工具而受到关注。这些纳米级磁性材料通常大小在1到100纳米之间,具有独特的磁性能,使其在诊断、药物输送和治疗干预中具有不可估量的价值。在众多应用中,MNPs在癌症治疗中的使用,特别是通过磁热疗,引起了研究人员和临床医生的广泛关注[1]。
磁热疗(MHT)是一种新兴的治疗方式,作为传统癌症疗法(如化疗和放疗)的替代或辅助手段显示出巨大潜力。该疗法涉及将MNPs注入肿瘤内部或周围。在交变磁场的作用下,这些MNPs因磁滞损耗而振荡并产生局部热量[2],[3]。MNPs产生的热量可使肿瘤温度升高到引发细胞凋亡或坏死的程度,从而有效减小肿瘤体积并抑制癌细胞增殖。磁热疗相对于传统疗法的主要优势在于其能够更精确地靶向癌组织[4]。这种选择性有助于减少化疗和放疗常伴随的系统性副作用。此外,磁热疗还能增强这些治疗的效果,使其成为一种有前景的组合疗法[5]。
尽管已有大量关于使用MNPs进行磁热疗的研究[6],但仍存在一些不足之处。理想的磁热疗用MNPs应具备以下特性:适合超顺磁性的尺寸、低矫顽力以实现高效加热、足够的饱和磁化强度以获得高SAR值,以及优异的热稳定性和胶体稳定性。它们的生物相容性对于减少副作用至关重要,而高加热效率则确保了有效的治疗效果[7]。通过精心设计和合成这些纳米颗粒(NPs),可以显著提升其治疗潜力,为利用磁热疗的癌症治疗开辟新的途径。通过持续的研究和创新将这些优化的MNPs应用于临床实践,可能会带来更有效、更具针对性的癌症治疗方法,减少副作用,从而改变肿瘤学领域的发展方向。
针对特定的纳米颗粒,镍铁氧体(NiFe2O4)和磁铁矿(Fe3O4)在磁热疗应用中具有独特优势。NiFe2O4纳米颗粒具有更高的饱和磁化强度和更低的矫顽力,这意味着在交变磁场下能产生更多的热量,使其在较低浓度下就能产生显著的热效应。另一方面,Fe3O4纳米颗粒因其生物相容性、易于表面修饰和已建立的安全性及良好的稳定性而受到青睐,适合体内应用[8],[9]。这两种铁氧体都属于反尖晶石型结构(空间群:Fd-3m),其中阳离子位于四面体(A)位点的1/8和八面体(B)位点的1/2位置,而O2−离子则呈立方体排列[10]。
八面体亚晶格中的阳离子通过磁超交换相互作用与四面体亚晶格中的阳离子发生铁磁耦合。八面体和四面体亚晶格之间的相互作用导致了铁磁性和反铁磁性。由于铁离子(Fe3+)的d轨道(3d5)半填充且八面体位点的优先能(OSPE)为零,电子可以在尖晶石结构中的八面体和四面体空位上任意分布[11]。由于Ni2+离子有两个未配对的d电子(3d8),它们更倾向于占据八面体位置,因此具有较高的OSPE。因此,研究纳米材料与3d5和3d8阳离子的磁交换过程之间的相互作用对于提升磁性能具有重要意义。因此,这些材料被有效用于磁热疗应用以改善散热效果。已有许多关于NiFe2O4和Fe3O4纳米颗粒的研究记录[12]。然而,这两种材料的双重作用至今尚未被充分报道。因此,本研究试图通过NiFe2O4和Fe3O4材料的协同效应来解决上述问题,以实现有效的磁热疗散热。表1总结了用于磁热疗的磁性铁氧体的文献综述。
鉴于生物相容性和细胞毒性是重要参数,本研究聚焦于最常见的肺癌亚型。肺癌的侵袭性以及晚期诊断和有限的有效治疗选择,凸显了创新治疗策略的迫切需求。目前的治疗方法(包括手术、化疗和放疗)往往因癌症的耐药性而效果不佳,这突显了磁热疗等替代方法的必要性。因此,还对A-549肺癌腺癌细胞和HEK肾正常细胞使用了所制备的纳米复合材料(NCs)进行了细胞毒性和活性分析,以比较细胞存活率和抗增殖特性。NiFe2O4/Fe3O4 NCs在靶向A-549肺癌细胞系方面的协同效应应用潜力强调了其重要性。