隨著科技工業(yè)的發(fā)展以及老齡化社會(huì)的來臨，癌癥已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類健康的高發(fā)病癥。2018年全球癌癥患者約一千八百萬人，而且每年新增癌癥患者數(shù)目在不斷增加，預(yù)計(jì)2030年患癌人數(shù)可達(dá)兩千七百萬。化學(xué)療法是適用范圍最廣的癌癥治療手段，但它也存在著眾所周知的問題，包括嚴(yán)重的毒副作用和較低的治療效果。如作為化療明星藥物的阿霉素，常會(huì)引起心臟中毒、骨髓抑制、黏膜炎和禿頭等一系列副作用。

因此，關(guān)于腫瘤治療的藥物遞送系統(tǒng)成為研究的熱門。研究的目的是建立可以將藥物定向輸送到病灶部位的遞送體系，以提高殺死腫瘤的效率并減少毒副作用的發(fā)生；更進(jìn)一步地，如果能夠?qū)崿F(xiàn)藥物在腫瘤部位的可控釋放，這將會(huì)是更為優(yōu)越的治療手段。

紅細(xì)胞具有長達(dá)120天的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，良好的穩(wěn)定性和伸縮性，無外移植物的免疫原性，是一種很好的腫瘤藥物遞送載體。同時(shí)，載藥紅細(xì)胞可對高壓電場刺激產(chǎn)生響應(yīng)性釋放。但傳統(tǒng)高壓電源設(shè)備體積龐大，安全系數(shù)低，患者無法自主操作，這些因素阻礙了電場控制式藥物遞送系統(tǒng)在腫瘤治療中的應(yīng)用。

近日，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟課題組完成了磁性互斥結(jié)構(gòu)植入式摩擦納米發(fā)電機(jī)的研制，并與中科院過程工程研究所研究員魏煒合作，將其用于控制載藥紅細(xì)胞在腫瘤部位的定點(diǎn)藥物釋放，實(shí)現(xiàn)了高效的腫瘤治療效果。

磁鐵的同極斥力使得磁鐵納米發(fā)電機(jī)在封裝和植入后仍然能夠保持長久穩(wěn)定的電能輸出，納米發(fā)電機(jī)的電場對裝載阿霉素的紅細(xì)胞膜具有精準(zhǔn)的控制釋放作用

圖：高性能且穩(wěn)定輸出的可植入磁鐵納米發(fā)電機(jī)控制藥物遞送。磁鐵納米發(fā)電機(jī)可精準(zhǔn)控制紅細(xì)胞內(nèi)的抗癌藥物在腫瘤部位的釋放，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的體內(nèi)抗腫瘤效率。

施加電場時(shí)，藥物釋放加速為本底值的3-4倍；而在電場消失后，藥物釋放量迅速回歸本底值，從而實(shí)現(xiàn)了藥物的可控釋放。

將磁鐵納米發(fā)電機(jī)與叉指電極或微針電極結(jié)合，在二維腫瘤細(xì)胞、三維腫瘤球團(tuán)以及小鼠體內(nèi)的實(shí)體腫瘤三個(gè)層面，均實(shí)現(xiàn)了低濃度給藥前提下的優(yōu)異腫瘤治療效果。尤其是在活體實(shí)驗(yàn)中，該納米發(fā)電機(jī)與微針電極相結(jié)合的藥物遞送和釋放系統(tǒng)，顯著延長了荷瘤小鼠的生存壽命，并且對荷瘤小鼠毒副作用更低。

基于磁性互斥結(jié)構(gòu)納米發(fā)電機(jī)微型化和高電壓低電流輸出的特點(diǎn)，該藥物可控釋放系統(tǒng)可安全地作為穿戴式或植入式電源應(yīng)用于實(shí)際的醫(yī)療場景，為可控藥物遞送系統(tǒng)以及腫瘤治療提供新的解決方案。

相關(guān)研究成果以Highly Efficient In Vivo Cancer Therapy by an Implantable Magnet Triboelectric Nanogenerator 為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

博士生趙超超、副研究員封紅青和博士生張莉君為并列第一作者；李舟和魏煒為共同通訊作者。

Zhao C, Feng H, Zhang L, et al. Highly Efficient In Vivo Cancer Therapy by an Implantable Magnet Triboelectric Nanogenerator[J]. Advanced Functional Materials, 2019: 1808640.