远程控制的纳米颗粒可以温和地对抗癌症。

将有毒药物密封在纳米颗粒内可以减少其有害副作用。
May 6,美国东部时间2019-9:39
一个小男孩微笑着坐在轮椅上,他戴着一顶蓝色的帽子

化疗会使你的头发脱落,让你感到疲倦和恶心。在纳米颗粒内输送化学药物可以通过确保药物只进入癌症而减少这些副作用。

Steve Debenport/E+/Getty图片

这个在里面a系列呈现新闻技术innovation,使成为可能慷慨地支持from这个Lemelson基金会。

癌症药物必须具有强大的毒性才能杀死肿瘤细胞。但它们也能杀死健康的细胞,有时会有严重的副作用。Now,scientists have designed a way to seal cancer drugs inside tiny capsules so the drugs won't harm the healthy cells while traveling through the bloodstream.他们安全地持有药物,直到他们到达一个肿瘤和远程控制“开关”最终触发药物的释放。

Smaller than bacteria,胶囊叫纳米颗粒因为它们的尺寸是以nanometers.(一纳米等于十亿分之一米,磁场是由磁铁产生的看不见的力。

研究人员用磁场作为遥控开关。Focusing that field on the cancer site ensures that the medicine is released only where it's needed.

血细胞和纳米颗粒的图示
这幅艺术家的画显示,纳米颗粒(蓝色)比红血球vwin手机要小得多。他们利用血液将抗癌药物带到肿瘤上。
Dr_Microbe/iStock/Getty Images Plus

卡洛斯·里纳尔迪解释说:“这种药物在粒子内部是无毒的。他是盖恩斯维尔佛罗里达大学的生物医学工程师。他领导设计远程激活粒子的团队。

纳米颗粒不能发现肿瘤。他们这样做,然而,tend to collect at tumor sites.And here's how.Tumors tend to grow so fast that the blood vessels inside them can't keep up.这会导致血管内形成小孔。对于携带药物的纳米包装,这些漏点成为从血流进入肿瘤的通道。The nanoparticles slip in through those leaks,then accumulate in the tumor.

纳米颗粒也会堆积在不需要的地方。其中一个毫无用处的收集点是肝脏。这个器官起到过滤作用,snagging poisons out of the blood.它还可以过滤一些纳米颗粒。Those caught in the liver could damage that organ if they shed too much of an anti-cancer drug.

多年来,研究人员已经研究了如何制造纳米颗粒,使其不会在这些不需要的地方丢掉药品。有时他们依赖肿瘤的化学特征-或者it produces — to unlock the particles.但并非所有的癌症都有相同的化学成分。所以药物可能仍然会泄漏到肿瘤外的毒细胞。里纳尔迪团队的新发明是创造一种纳米颗粒,在它变得非常温暖之前,它不会在任何地方释放药物。And that warming occurs when the particle is exposed to a magnetic field.

研究小组于1月9日公布了研究结果。ACS Applied Polymer Materials.

热点思想

纳米封装在薄壁内包含两种类型的颗粒,或膜。想象一下像个橡皮球机,里面有两种胶球。第一个胶球是由氧化铁制成的纳米颗粒。这种金属对磁场有反应。想象一个回形针跳到冰箱磁铁上。这些粒子在受到某种磁场的轰击时也会发生反应。Here,不是跳,他们热身。

The second type of gumball is a polymer (PAHL-ih-mur).This type of molecule is made from long chains of the same building blocks.研究人员发现了如何将这种聚合物锁定在抗癌药物的分子上。它们是通过一种化学键连接起来的,当它变热时就会断裂。

下一步,Rinaldi's team wrapped each gumball pair in a water-friendly jacket.This allows the nanoparticles to travel through the blood,它是水基的。涂层也起到伪装的作用。它将纳米粒子隐藏在人体免疫系统中。每两个“胶球”包的直径约为100纳米(0.0000039英寸)。从长远来看,一个红细胞大约是这个尺寸的70倍。

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氧化铁纳米粒子(黑色)对磁场反应并加热。热量破坏了将粒子结合在一起的化学键,unleashing a dose of cancer-killing drugs.
埃里克·富勒和卡洛斯·里纳尔迪/佛罗里达大学

当暴露于一个特定类型的磁场,每个包装中的氧化铁“胶球”都会被加热。这就打破了将药物固定在体内的键,并将其扩散到肿瘤中。

对于这种新疗法,里纳尔迪和他的同事们使用一种特殊的机器来限制磁场接触身体的位置。他们可以将该区域定位到肿瘤部位。Nanoparticles in the liver or any other healthy organ won't be exposed to the magnetic field.这意味着它们中的任何微粒都不会释放药物。

因为药物只能在肿瘤处释放,患者现在可以服用更高剂量的有毒癌症药物,而不会对身体健康部位造成中毒。

Not yet ready for the clinic

使用新粒子进行化疗仍然是一个很好的方法。里纳尔迪说,目前的工作是“原则的证明”。这意味着他和他的团队还没有在活细胞上测试这个系统,更不用说动物了。In fact,they still haven't packed their particles with real drugs yet.代替毒品,研究人员在氧化铁“胶球”上安装了一个发光的荧光(荧光)分子,这使得跟踪化学物质在磁场中的释放位置和时间变得容易。

他说,这将是“一个重大的进步”。“如果他们真的能保证这些粒子在没有磁场的情况下不会释放出药物,”Amit Joshi说。他是密尔沃基威斯康星医学院的生物医学工程师。他研究纳米颗粒,但没有参与这项研究。然而,he cautions,没有动物试验,“我们不知道它有多稳定。”即使纳米颗粒在实验室中工作良好,there is no guarantee they would work equally well inside the body.

a photo of a woman doing physical therapy using a magnetic field generator
Magnetic field generators like this one are already used for physical therapy.类似的装置,把磁场引向身体的特定区域,could be used to activate the nanoparticles.
Klubovy/Istock/Getty图像增强版

新的纳米颗粒确实具有使它们在医学上看起来很有前途的特性,Joshi说。美国Food and Drug Administration has already approved iron-oxide nanoparticles for use in the body,他指出。And the magnetic fields used to trigger drug release by the new particles can reach tumors deep inside the body without surgery,he explains.这应该使他们更容易在病人身上使用。

“这真的是,我会说,对我们来说,一小步,”里纳尔迪说。“有很多事情我们不太了解”,但每一小步都会使技术更接近现实世界的使用。In the end,他总结道:“这是一个令人兴奋的领域,有许多潜在的应用。”

Power Words

关于强词的更多信息

应用某物的特殊用途或功能。

细菌(单数:细菌)单细胞生物。These dwell nearly everywhere on Earth,从海底到其他生物(如动植物)的内部。细菌是地球上生命的三个领域之一。

biomedical engineerAn expert who uses science and math to find solutions to problems in biology and medicine;例如,他们可能会制造人造膝等医疗设备。

血管通过组织和器官输送血液的管状结构。

债券(化学)分子中原子或原子群之间的半永久性连接。它是由参与原子之间的吸引力形成的。Once bonded,原子将作为一个单位工作。To separate the component atoms,energy must be supplied to the molecule as heat or some other type of radiation.

癌症任何超过100种不同的疾病,each characterized by the rapid,异常细胞的不受控制的生长。癌症的发展和发展,也被称为恶性肿瘤,会导致肿瘤,痛苦与死亡。

细胞生物体最小的结构和功能单位。通常太小,肉眼看不见,它由被膜或壁包围的含水液体组成。

化学的由两个或两个以上的原子形成的物质,以固定的比例和结构结合(键)。For example,water is a chemical made when two hydrogen atoms bond to one oxygen atom.它的化学式是HO化学也可以是一个形容词,用来描述不同化合物之间的各种反应所导致的材料性质。

chemistry(关于化合物)化学也用作指化合物的配方的术语,它的生产方式或某些特性。在这个领域工作的人被称为化学家。

化疗A chemical treatment that's most often used to kill cancer cells in the body.化疗会有许多不愉快的副作用,因为它不仅杀死癌细胞,而且杀死许多健康的细胞。

同事与他人合作的人;a co-worker or team member.

由生物产生的加速化学反应的分子。

领域(物理学)空间中某些物理效应起作用的区域,比如磁性(由磁场产生)重力(通过重力场)质量(希格斯场)或电(电场)。

滤波器(in chemistry and environmental science) A device or system that allows some materials to pass through but not others,根据它们的大小或其他特征。(物理学)屏幕,吸收光或其他辐射的物质的板或层,或选择性地阻止其某些成分的传播的物质。

fluorescent(v.fluoresce) Adjective for something that is capable of absorbing and reemitting light.这种重新发出的光被称为荧光。

食品药品监督管理局(或FDA)美国的一部分。卫生与公众服务部,FDA负责监督许多产品的安全。例如,它负责确保药品有正确的标签,安全有效;化妆品和食品补充剂安全且贴有适当标签;烟草制品也受到管制。

一些可以改变身体运动的外部影响,把尸体紧紧地抱在一起,或在静止物体中产生运动或应力。

免疫系统细胞的收集和它们的反应有助于身体抵御感染和处理可能引起过敏的外来物质。

innovation(v.to innovate;adj.创新)对现有想法的适应或改进,新工艺或新产品,聪明的,更有效或更实用。

liverAn organ of the body of animals with backbones that performs a number of important functions.它可以储存脂肪和糖作为能量,分解身体排泄的有害物质,and secrete bile,一种绿色液体释放到肠道,帮助消化脂肪和中和酸。

磁铁一种通常含有铁的材料,其原子排列成吸引某些金属。

磁场An area of influence created by certain materials,called magnets,或者通过电荷的运动。

专业(在教育方面)学生在大学中选择的一门学科,比如:化学,英国文学,德语,新闻学,医学预科电气工程或基础教育。

membrane根据某些材料的尺寸或其他特征,阻止其通过(或流过)的屏障。膜是过滤系统的组成部分。许多人的功能与身体细胞或器官的外层覆盖物相同。

metal导电良好的东西,倾向于有光泽(反射)和可塑性(这意味着它可以通过加热而不是太大的力或压力来重塑)。

分子一种电中性原子团,代表尽可能少的化学化合物。分子可以由单一类型的原子或不同类型的原子组成。For example,空气中的氧由两个氧原子组成(O)但是水是由两个氢原子和一个氧原子组成的(Ho)。

纳米颗粒以十亿分之一米为单位测量的小颗粒。

器官(in biology) Various parts of an organism that perform one or more particular functions.例如,an ovary is an organ that makes eggs,大脑是一个能感知神经信号的器官,植物的根是吸收营养和水分的器官。

氧化物由一种或多种元素与氧结合而成的化合物。铁锈是一种氧化物;水也是如此。

微粒少量的东西。

polymer由长链的重复原子组成的物质。制造的聚合物包括尼龙,polyvinyl chloride (better known as PVC) and many types of plastics.Natural polymers include rubber,丝和纤维素(在植物中发现,用于造纸,例如)。

红细胞Colored red by hemoglobin,这些细胞将氧气从肺部输送到身体的所有组织。红细胞太小,肉眼看不见。

side effects程序或治疗引起的意外问题或伤害。

技术将科学知识用于实际目的,especially in industry — or the devices,从这些努力中产生的过程和系统。

有毒的有毒或能伤害或杀死细胞,组织或整个生物体。这种毒素所带来的风险的衡量标准是它的毒性。

trait某物的特征。

tumorA mass of cells characterized by atypical and often uncontrolled growth.Benign tumors will not spread;如果它们挤压或收紧健康组织,它们就会生长并引起问题。恶性肿瘤最终会脱落细胞,这些细胞会在体内形成新的肿瘤。恶性肿瘤也被称为癌症。

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七点八

引用

期刊:例如富勒等外部触发的热量和药物释放的磁控制纳米载体。·ACS Applied Polymer Materials.​Vol.1,关于February 8,2019,p.211。doi:10.1021/acsapm.8b00100。