由多元醇制备的超顺磁纳米粒子：具有组织毒性的热疗性能评估

《Journal of the Indian Chemical Society》：Polyol-Crafted Superparamagnetic Nanoparticles: Hyperthermia Performance with Histotoxicity Assessment

本文通过聚醇还原法（PRP）合成超顺磁性铁氧化物纳米颗粒（SPIONPs），其XRD和XPS分析显示为纯立方相（Fd-3m），Fe存在+2和+3混合价态，平均尺寸11.3±1.9 nm，比表面积161.02 m2/g。体外实验表明SPIONPs在278 kHz、335.2 Oe磁场下10分钟升温至42-45℃，SAR为55.11 W/g，NRK-52E细胞存活率达81.17%。体内实验显示Gharra McClelland鱼类在25和50 mg/mL浓度下各器官均未出现毒性反应。

　　超级磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONPs）的合成和应用研究是一个具有广阔前景的领域，尤其是在癌症治疗方面。SPIONPs因其独特的磁性和生物相容性，被认为是磁热疗（MHT）中的理想候选材料。在本研究中，通过一种高效的多醇还原法（PRP）成功合成了SPIONPs，这种合成方法不仅操作简便，而且能够精确控制纳米颗粒的尺寸和形貌。研究团队使用了多种分析手段，包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）以及Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面分析，对SPIONPs的结构、尺寸、表面特性及其磁热性能进行了全面评估。

XRD分析结果表明，SPIONPs呈现出纯立方相（Fd-3m空间群），其晶格参数为8.4099 ?，这进一步验证了其结构的稳定性。通过Debye-Scherrer方程计算得出的晶粒尺寸为13.28 nm，表明这些纳米颗粒具有良好的结晶度。同时，BET分析结果显示，SPIONPs的比表面积高达161.02 m2/g，这与它们的球形结构和平均尺寸（11.3±1.9 nm）密切相关。高比表面积不仅有助于提高纳米颗粒的磁响应性，还可能增强其在生物体内的分布能力，从而提升其在医疗应用中的表现。

在磁热性能方面，SPIONPs在278 kHz的静态频率下，当施加251.4至335.2 Oe的交变磁场时，能够达到42-45 °C的靶向加热温度，这一温度范围被认为对肿瘤治疗具有良好的效果。此外，在335.2 Oe的磁场下，SPIONPs在最低浓度1 mg/mL时表现出55.11 W/g的特定吸收率（SAR），这是衡量磁热疗效果的重要参数。SAR值越高，意味着纳米颗粒在外部磁场作用下能够更有效地转化为热能，从而对癌细胞产生破坏作用。

为了评估SPIONPs的生物相容性，研究团队在体外使用了正常大鼠肾脏细胞系（NRK-52E）进行细胞存活率测试。结果显示，SPIONPs在该浓度下对细胞的存活率约为81.17%，表明其在体外环境中具有较低的细胞毒性。这一结果对于SPIONPs在生物医学领域的应用至关重要，因为它们需要在体内环境中保持安全性和有效性。

为了进一步验证SPIONPs的生物安全性，研究团队还进行了体内实验，将SPIONPs应用于热带底栖鱼类Garra McClelland。这种鱼在印度次大陆的Cauvery河流域自然分布，其分类信息显示为：动物界、脊索动物门、脊椎动物亚门、有颌纲、硬骨鱼纲、辐鳍鱼纲、鲤形目、鲤科、Garra属、Garra McClelland种。研究发现，暴露于25和50 mg/mL两种浓度的SPIONPs的鱼在脑、鳃、肝、肾和肌肉组织中没有表现出明显的结构变化，与对照组相比，其组织形态保持正常。这一结果表明，SPIONPs在较高浓度下仍具有良好的生物相容性，不会对鱼类的生理结构造成显著影响。

在材料选择方面，本研究使用了高纯度的三价铁硝酸盐（Fe(NO?)?·9H?O）作为金属前驱体，并在实验中使用了乙二醇（EG）作为溶剂和还原剂。EG不仅能够提供一个非水环境，还能够有效防止纳米颗粒的聚集，从而保证其均匀的尺寸分布。此外，实验中还使用了丙酮、二甲基亚砜（DMSO）和胎牛血清（PBS）等辅助试剂，以确保合成过程的顺利进行和后续表征的准确性。

在合成过程中，研究团队通过精确控制反应条件，成功制备了尺寸在12至14 nm之间的SPIONPs。这种尺寸范围不仅符合磁热疗对纳米颗粒的尺寸要求，还能够确保其在生物体内具有良好的分散性和靶向性。同时，SPIONPs的球形结构有助于提高其比表面积，从而增强其与磁场的相互作用，进一步提升磁热疗的效果。

为了进一步评估SPIONPs的磁性特性，研究团队进行了详细的磁性测试。结果表明，SPIONPs具有单畴结构，并且其饱和磁化强度为34 emu/g，这一数值表明其在外部磁场作用下能够产生较强的磁响应。此外，X射线光电子能谱（XPS）分析显示，SPIONPs中同时存在Fe(II)和Fe(III)两种氧化态，这种混合价态的存在可能有助于提高其磁热性能，因为不同的氧化态可能对磁化过程和热能转化产生不同的影响。

在实际应用中，磁热疗是一种非侵入性的治疗方法，其核心原理是通过交变磁场激活磁性纳米颗粒，使其在局部区域产生足够的热量以破坏癌细胞。这种方法相比传统的化疗和放疗具有更高的靶向性和更低的副作用，因为它可以避免对健康组织的损伤。SPIONPs的高磁响应性和良好的热能转化能力使其成为磁热疗的理想候选材料。

然而，尽管SPIONPs在磁热疗方面表现出色，其在实际应用中的安全性仍然是一个需要重点关注的问题。因此，本研究不仅评估了SPIONPs的磁热性能，还对其生物相容性进行了深入探讨。通过体外和体内实验，研究团队验证了SPIONPs对正常细胞和鱼类组织的低毒性，这为其在医疗领域的进一步应用提供了有力支持。

此外，研究团队还探讨了SPIONPs在不同浓度下的表现。在25和50 mg/mL的浓度下，SPIONPs对鱼类组织的结构没有造成显著影响，这表明其在较高浓度下仍然具有良好的安全性。这一发现对于开发适用于临床应用的磁性纳米颗粒至关重要，因为实际治疗过程中可能需要较高的纳米颗粒浓度以确保足够的热能输出。

在研究过程中，团队还采用了多种先进的表征技术，以全面了解SPIONPs的物理和化学特性。例如，通过TEM和FE-SEM技术，研究团队确认了SPIONPs的球形结构和平均尺寸。这些信息对于优化纳米颗粒的磁热性能和生物分布具有重要意义。同时，通过SQUID测量，团队还评估了SPIONPs的磁性特性，进一步验证了其在磁热疗中的潜力。

总的来说，本研究通过多醇还原法成功合成了具有优良磁热性能和生物相容性的SPIONPs。这些纳米颗粒不仅在体外和体内实验中表现出良好的安全性，还在磁热疗方面展现出显著的潜力。未来，研究团队计划进一步优化SPIONPs的合成方法，以提高其磁热性能和生物相容性，同时探索其在其他生物医学领域的应用前景。这一研究为磁热疗在癌症治疗中的实际应用提供了重要的理论依据和技术支持。