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纳米马达通过原子边缘设计(0.83 nm单层石墨烯氧化物)与三维旋转振荡磁场协同作用,将溶酶体局部压力提升8.1-37.5倍,突破传统纳米马达(>6 nm接触面积)的力学局限,实现溶酶体膜精准破裂和癌细胞高效死亡。
进展与潜力
利用纳米马达进行癌症机械治疗面临一个关键挑战:需要在亚纳米尺度上产生足够高的局部压力,以有效破坏癌细胞的溶酶体(这一过程称为溶酶体膜通透化 [LMP]),而这是触发癌细胞死亡的关键。传统的磁性纳米马达由于接触面积较大(超过 6 纳米)以及在典型磁场下的力量生成能力有限,难以实现这一目标。为了解决这个问题,我们提出了一种具有原子边缘的磁性纳米马达(MagGO),并将其与三维旋转波动磁场(3D MF)相结合。MagGO 将超薄(0.83 纳米)、刚性的单层氧化石墨烯边缘与磁性纳米颗粒结合在一起,从而实现了亚纳米尺度的接触。3D MF 编程的 MagGO 旋转-弹跳运动使局部压力提高了 8.1 至 37.5 倍,而 19.3 ± 2.3 纳米立方纳米马达的旋转或振荡运动则无法达到这一效果。这使得溶酶体机械穿孔变得高效,逐渐破坏溶酶体膜,影响其功能并触发细胞死亡。这些结果展示了一种突破性的亚纳米尺度机械治疗方法,为设计能够产生超高局部压力的纳米马达以实现对溶酶体的靶向破坏提供了新思路,为精准机械治疗开辟了令人兴奋的策略。
亮点
• 开发了一种具有编程旋转-弹跳运动的原子边缘 MagGO
• 在磁场作用下,MagGO 能够放大局部压力
• MagGO 通过旋转-弹跳运动实现了高效的溶酶体机械穿孔
总结
纳米马达通过利用可编程运动来诱导溶酶体机械穿孔,为癌症机械治疗提供了一种有前景的策略。虽然通过调整纳米马达的大小或组装方式可以在溶酶体内产生局部压力,但在亚纳米尺度上施加高压仍然具有挑战性。本文提出了一种具有原子边缘的磁性纳米马达(MagGO),并将其与三维旋转波动磁场(3D MF)结合用于溶酶体机械穿孔。MagGO 结合了 0.83 ± 0.06 纳米厚的单层氧化石墨烯和立方形磁性纳米颗粒,利用其亚纳米尺度的刚性边缘和高饱和磁化强度。与 19.3 ± 2.3 纳米立方纳米马达的旋转或振荡运动相比,MagGO 的旋转-弹跳运动使局部压力提高了 8.1 至 37.5 倍。MagGO 可以被内化到溶酶体内,并通过旋转-弹跳运动实现溶酶体穿孔,从而破坏癌细胞。它克服了传统纳米马达在压力生成方面的局限性,为设计用于精准机械治疗的亚纳米尺度纳米马达开辟了新途径。