“科学岛”团队构建具有高效肿瘤组织穿透性的类磁小体结构

将药物“装至”磁性纳米颗粒上，再利用外部磁场的导向性使其精准高效“递送”至肿瘤……12月7日，记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院强磁场中心王俊峰研究员课题组，“效仿”趋磁细菌，成功仿生合成了具有高效磁靶向及肿瘤组织穿透性的软铁磁类磁小体纳米材料，这将有助于提高肿瘤治疗中的药物递送效率。

“磁靶向”可提高药物递送效率

抗肿瘤药物的靶向递送，可以有效提高药物的疗效，降低药物的毒性，是现代生物医学发展的一个重要研究方向。不过，由于肿瘤周围环境复杂，肿瘤本身又很致密，纳米药物靶向的效率平均低于1%。这是该治疗方式的瓶颈之一。

近年来，随着磁性纳米药物的发展，利用施加外部磁场提高磁性纳米药物靶向效率，即磁靶向，成为一种重要且安全的物理干预策略。

在该方式中，可将药物“装至”磁性纳米颗粒上，再利用外部磁场的导向性使其精准“递送”至肿瘤。而王俊峰课题组此次的研究，利用了一种新的仿生方式，大大提高了该治疗方式中药物递送的效率。

效仿趋磁细菌，寻找更好药物“载体”

“磁靶向”效应并不罕见。地球上许多动物能利用地磁场导航进行长途迁徙，如鸽子、海龟、蜥蜴等等。在原核生物中，趋磁细菌也能够响应地磁场定向游弋。

什么是趋磁细菌？生活在大海、湖泊底部的趋磁细菌被认为是地球上最古老的生物之一，它们的趋磁性来自体内的一种特殊细胞器——磁小体。这些磁小体就是趋磁细菌的“生物罗盘”，在显微镜下看，由膜包被的纳米尺寸的磁铁矿颗粒构成的磁小体呈链状排布。

神奇的是，磁小体链与趋磁细菌的动力系统（鞭毛）“联合”，形成了一个高效的导航动力一体化系统。利用磁小体链，趋磁细菌灵敏感知微弱的地磁场（约50微特斯拉），并沿着地磁场方向摆正位置，再通过鞭毛的旋转完成定向移动。这是目前所发现的最古老且极简单高效的一种磁感应机制。

相比目前工业生产的磁性纳米材料，磁小体在磁性能、生物兼容性、稳定性和磁热效等指标具有明显优势。因此，磁小体作为磁靶向的磁性纳米颗粒，具有广泛的应用前景。

靶向性与穿透性提高一个数量级

不过，天然磁小体颗粒之间的强磁相互作用导致从趋磁细菌中直接分离提取的磁小体在体外环境中十分容易聚集沉淀，从而阻碍了它们穿透病变组织的能力，并且在血管中的沉积也存在潜在的危险和生物毒性。

因此，王俊峰团队创新性提出，要在体外合成一种尺寸小但保留了天然磁小体软铁磁特点的类磁小体纳米材料。王俊峰表示，这是对仿生合成技术的一个很大挑战，但在生物医学应用上也有着巨大价值。

研究工作中，基于课题组前期对磁小体生物矿化机制的系统性研究，研究人员提出了类磁小体仿生合成的新策略，通过创新合成方法，最终，他们在体外成功仿生矿化合成了类磁小体晶体。

实验证明，仿生矿化合成的类磁小体晶体与天然磁小体一样，可以快速响应外部磁场，同时，该类磁小体还具有优异的单分散性、均一的小尺寸和良好的亲水溶性。

研究人员把类磁小体通过小鼠的尾静脉注入体内，利用外磁场将其定向“快递”到肿瘤部位。最终，经过磁共振成像实验与组织分布实验结果表明，与其他磁性纳米药物相比，仿生合成的类磁小体在肿瘤组织中的靶向性与穿透性提高了一个数量级。

这项工作不仅为纳米药物磁靶向递送提供了一个高效的载体，也为体外研究趋磁细菌生物矿化机制提供了新的模式系统。