生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能的維持離不開力學(xué)因素。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，力學(xué)調(diào)控與適應(yīng)必不可少。腫瘤治療中，除采用小分子、納米藥物調(diào)控病灶部位的生物力之外，在實現(xiàn)腫瘤組織物理性機械殺傷方面，臨床上也會借助光聲沖擊波、高強度聚焦超聲，以及磁場等干預(yù)方式實施治療。

近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、首都醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合研究團隊發(fā)現(xiàn)，液態(tài)金屬微顆粒在低溫凍結(jié)作用下發(fā)生液固相變時會引發(fā)微型爆破，由此形成鋒利尖銳的刀刃，可快速刺穿堅硬冰晶，應(yīng)用于腫瘤低溫消融治療時可顯著增強目標組織和細胞的殺傷能力。

研究人員制備出一種由殼聚糖分散的液態(tài)鎵微米顆粒。該材料具有高導(dǎo)熱率，是去離子水的15.53倍。實驗發(fā)現(xiàn)，在體系的降溫過程中，鎵顆粒材料在經(jīng)受凍結(jié)由液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)的相變行為會激發(fā)材料的劇烈形變，甚至在某個方向快速生成尖銳微刀刃，像一把金屬利劍一樣刺穿堅硬冰晶。在高速鏡頭下，研究人員拍攝到材料爆炸樣的形變行為，能夠在1毫秒內(nèi)刺穿150微米的堅硬冰晶。體外細胞實驗及在體動物實驗均表明，液態(tài)金屬及其復(fù)合材料具有良好的生物相容性。三周內(nèi)，動物的體重以及肝、腎功能未見異常，對此類材料后續(xù)的在體應(yīng)用提供了安全性依據(jù)。

研究中，液態(tài)金屬顆粒材料處于微米尺度范圍，通過瘤內(nèi)注射的方式遞送到腫瘤部位。系列原理性試驗證實，低溫冷凍手術(shù)協(xié)同液態(tài)金屬復(fù)合材料的機械殺傷顯示出較好的腫瘤增強治療效果。實驗表明，該研究提出的液態(tài)金屬顆粒材料具有良好的X射線以及CT成像效果，該鎵微米材料在核磁成像中能夠顯著影響T2值，可以同時介導(dǎo)CT和MR的雙模態(tài)成像。

相關(guān)成果以Liquid Metal Microparticles Phase Change Medicated Mechanical Destruction for Enhanced Tumor Cryoablation and Dual-Mode Imaging為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上，理化所博士后孫旭陽為第一作者，研究員劉靜、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院教授盧潔為共同通訊作者。

基于鎵微米顆粒的低溫消融與微爆破殺傷腫瘤協(xié)同治療機制及在體雙模態(tài)成像

鎵微米顆粒表征及其受低溫凍結(jié)發(fā)生相變與微爆破生成鋒利刀刃的現(xiàn)象

液態(tài)金屬顆粒及其復(fù)合材料的生物安全性評估

液態(tài)金屬顆粒材料在體腫瘤低溫消融與機械殺傷協(xié)同治療

液態(tài)金屬顆粒材料在體雙模態(tài)成像