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MagneTherm™磁流體熱療測(cè)試系統(tǒng)

MagneTherm™磁流體熱療分析系統(tǒng)是Nanotherics公司的一種高精度磁流體熱療測(cè)試系統(tǒng)該系統(tǒng)通過控制表面功能化的磁性納米顆粒產(chǎn)熱用于熱療治療。

MagneTherm™磁流體熱療分析系統(tǒng)使用交變磁場(chǎng)(AMF)和磁納米顆粒(MNPs)作為腫瘤和其他細(xì)胞的加熱方法，通過施加一定強(qiáng)度的交變磁場(chǎng)，磁性微粒在交變磁場(chǎng)作用下能吸收電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能，系統(tǒng)控制熱能局限于腫瘤組織，可導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡及壞死，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的熱療和相關(guān)研究。該系統(tǒng)還能控制納米磁流體運(yùn)動(dòng)的組織靶向性和細(xì)胞特異靶向性，進(jìn)行細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)多重磁流體熱療分析。

系統(tǒng)原理通過控制納米尺度的磁性顆粒定位于腫瘤組織，然后施加一外部交變磁場(chǎng)，使材料因產(chǎn)生磁滯、馳豫或感應(yīng)渦流而被加熱，這些熱量再傳遞到材料周邊的腫瘤組織中，使腫瘤組織溫度超過42℃并導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡及壞死，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的治療。MagneTherm™磁流體熱療測(cè)試系統(tǒng)殺傷腫瘤細(xì)胞的主要原理有：（1）高溫使瘤細(xì)胞線粒體膜的流動(dòng)性改變，破壞DNA合成所需的酶系導(dǎo)致瘤細(xì)胞死亡；受熱后腫瘤組織的pH值降低，增加了對(duì)瘤細(xì)胞的殺傷作用；（2）腫瘤血管不規(guī)則，散熱能力低，增加了高溫作用于腫瘤組織的選擇性，增加了NK細(xì)胞的活性，NK細(xì)胞無須經(jīng)腫瘤抗原激活就有殺傷腫瘤細(xì)胞活性，其殺傷作用主要通過其表面的腫瘤細(xì)胞受體與腫瘤細(xì)胞相結(jié)合，釋放溶細(xì)胞素。（3）促進(jìn)樹突狀細(xì)胞（DC）的成熟，未成熟的樹突狀細(xì)胞是成熟樹突狀細(xì)胞的前體，具有強(qiáng)大的抗原攝取能力。但因其表面表達(dá)低水平的MHCⅠ、Ⅱ及共刺激分子，因而不能有效地將抗原提呈給T淋巴細(xì)胞，對(duì)T細(xì)胞的刺激能力降低。成熟的樹突狀細(xì)胞能夠顯著刺激初始樹突狀細(xì)胞細(xì)胞進(jìn)行增值，因此樹突狀細(xì)胞是機(jī)體免疫應(yīng)答的始動(dòng)者。（4）磁流體熱療還能增加腫瘤細(xì)胞表面MHCⅠ表達(dá)，從而激活了T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)。

上圖為不同濃度的磁流體 (Fe3O4)在交流磁場(chǎng)中的加熱性能對(duì)比

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：該magneTherm ™有超過安全和可耐受的磁場(chǎng)劑量，而且具有很大的靈活性，方便研究者根據(jù)要求改變頻率和場(chǎng)強(qiáng)來應(yīng)用不同的細(xì)胞和組織體系。可以對(duì)細(xì)胞（貼壁或懸浮液）和三維細(xì)胞培養(yǎng)體系進(jìn)行磁流體熱療分析。

1. 10種不同的標(biāo)準(zhǔn)頻率，頻率范圍從50千赫茲至1兆赫茲

包括 110 kHz， 168 kHz， 176 kHz， 262 kHz， 335 kHz，474kHz， 523 kHz， 633 kHz， 739 kHz， 987 kHz。

1. 擁有高達(dá)25毫特斯拉（mT）的磁場(chǎng)強(qiáng)度，且磁場(chǎng)強(qiáng)度可變

2. 優(yōu)良的保溫隔熱

3. 運(yùn)行PCR小瓶或小管（容量從1毫升到50毫升）

4. 可運(yùn)行35毫米培養(yǎng)皿（培養(yǎng)生物膜/細(xì)胞/ 三維組織）

5. 臺(tái)式裝置，占用較小的工作面積

6. 低溫制冷系統(tǒng)輕便，沒有笨重的附屬設(shè)施

4、應(yīng)用領(lǐng)域腫瘤治療研究熱療正成為繼手術(shù)、放療、化療和免疫療法后出現(xiàn)的第五種癌癥治療手段。目前已在臨床上得到應(yīng)用，但是由于其加熱受到部位和組織的限制，而且對(duì)腫瘤的加熱也不均勻，嚴(yán)重影響了熱療的效果。已有的研究表明，磁熱療可以起到很好的組織內(nèi)靶向熱療作用，而且也不受腫瘤體積和部位的影響，特別是近年來還發(fā)現(xiàn)磁熱療具有“熱旁觀者”效應(yīng)，從而引起人們的廣泛關(guān)注，熱療用的不同磁性材料更成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

熱休克蛋白研究熱療聯(lián)合化療藥物能提高機(jī)體的免疫功能，避免放、化療的毒副作用。熱休克蛋白(heat shock protein ，HSP)，主要參與腫瘤抗原的加工呈遞，可作為抗原呈遞分子直接將腫瘤的抗原肽呈遞給T細(xì)胞，激發(fā)T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫，其中HSP70*為引人關(guān)注。機(jī)體免疫能力和腫瘤之間的作用是相互的，一方面機(jī)體免疫影響腫瘤的發(fā)展，另一方面腫瘤也能改變機(jī)體的免疫功能。對(duì)于惡性腫瘤的治療，除外科手術(shù)外，化療和放療也是目前*主要的治療方法。但化、放療除耐藥性及劑量受限外，它們?cè)跉[瘤的同時(shí)，正常組織和細(xì)胞也受到損傷，甚至引起致死性并發(fā)癥。

藥物釋放控制研究控制藥物釋放的技術(shù)可以保證藥物緩慢長(zhǎng)期的效用，保持**血液中藥物濃度，從而達(dá)到**的治療效果。其優(yōu)點(diǎn)在于利于藥物吸收和新陳代謝，優(yōu)化療法的效果。通過控制獨(dú)特的納米微粒攜帶藥物輸送技術(shù)，可以更有效的藥物控制釋放，將藥物滲透到實(shí)體腫瘤，通過利用磁性納米粒藥系統(tǒng)結(jié)合磁流體熱療分析可以控制藥物釋放使得藥物在定點(diǎn)區(qū)域殺傷靶標(biāo)癌細(xì)胞。

Sophie Laurent， et al. Magnetic ?uid hyperthermia: Focus on superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Advances in Colloid and Interface Science 166 (2011) 8–23

磁性納米顆粒介導(dǎo)的生物膜處理細(xì)菌群落附著到表面上，通過分泌細(xì)胞外聚合物基質(zhì)形成生物膜。生物膜的形成提供了病原性細(xì)菌對(duì)抗生素的抗性，還會(huì)促進(jìn)微生物慢性感染的發(fā)展。超順磁性氧化鐵納米顆粒（ SPIONs ）的應(yīng)用可以顯著降低治療的生物材料介導(dǎo)的感染幾率。SPIONs的磁性靶向性，可允許它們滲透到生物膜內(nèi)部，通過使用交流磁場(chǎng)加熱降低細(xì)菌群落的生存能力。這種處理是非常有效的，特別是對(duì)抗生素耐藥菌株和抗生素抗性生物膜的治療中已經(jīng)顯示出其應(yīng)用前景。

已應(yīng)用的磁流體納米顆粒類型包括

1. 表面官能化的磁鐵礦（ Fe3O4）

2. 涂覆有銀磁赤鐵礦（氧化鐵）

3. 磁鐵礦（ Fe3O4）

4. 鈷摻雜磁鐵礦

5. 鐵核心/鐵氧化物殼納米顆粒

6. 涂有金的磁赤鐵礦（氧化鐵）

7. 氧化鐵納米晶體（ IONCs ）

8. 膠體Greigite （ Fe3S4 ）納米片

系統(tǒng)組成部分包括直流電源供應(yīng)系統(tǒng)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，示波器等直流電源供應(yīng)系統(tǒng)：600px (W) x 800px (D) x 325px (H)??? 重量： 6 kg 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：550px (W) x 725px (D) x 250px (H)??? 重量： 2.8kg 示波器：875px (W) x 1100px (D) x 425px (H)??? 重量： 8 kg

主要配件17匝線圈9匝線圈帶有萬用表功能的熱電偶適配器示波器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器溫度探頭（ T型熱電偶）直流穩(wěn)壓電源聚苯乙烯試管樣品管線和墊片冷卻水連接管連接電纜表1 系統(tǒng)所能提供的頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度

注：如果需要，所有的場(chǎng)強(qiáng)均可以由操作者從**減小到零

上圖17繞圈和9繞圈的繞組方式選配配件：較大的樣品線圈盒（ 60毫米）較低的頻率配件： 90KHz、87kHz 、70kHz、64kHz、50kHz水夾套樣品孔徑（通常用于體內(nèi)應(yīng)用）2通道光纖信號(hào)處理器和溫度探頭。

應(yīng)用案例（1）磁熱效應(yīng)分析：先將含磁性納米顆粒的培養(yǎng)液在 37℃恒溫培養(yǎng)箱中孵育 1 h，再在交變磁場(chǎng)下處理不同時(shí)間，用精密溫度計(jì)測(cè)量溶液溫度，考察不同濃度磁納米顆粒在磁場(chǎng)作用下的處理時(shí)間與環(huán)境溫度的變化情況.

（2）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)應(yīng)用：在腫瘤四周向瘤體進(jìn)行多點(diǎn)注射Fe2O3納米磁流體(以提高材料均勻彌散度)，用0.5%無菌苯巴比妥鈉溶液60mg/kg體重腹腔注射的方法進(jìn)行麻醉，待完全麻醉后將上述注有Fe2O3納米磁流體的熱療組荷瘤鼠腫瘤放在輸出電流I=300 A的高頻磁感應(yīng)加熱器照射1 h，用同樣方法前后共處理3次，每?jī)纱伍g隔時(shí)間為24 h，從熱療后的第2天開始觀察各組荷瘤鼠及腫瘤的生長(zhǎng)情況并分別予以記錄和拍照，至治療周期結(jié)束(7周)后，用脫臼法處死荷瘤鼠并剝離出腫瘤，測(cè)量腫瘤的長(zhǎng)徑(a)及腫瘤的短徑(b)，稱瘤重。

（3）細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用：光學(xué)及電子顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài):細(xì)胞貼璧生長(zhǎng)24 h，棄去各培養(yǎng)瓶中的培養(yǎng)液;對(duì)照組加入5 ml 8 g/LFe2O3納米磁流體，熱療組分別加入2、4、6、8 g/L Fe2O3納米磁流體各5 ml，熱療組分別在(200 kHZ，4 kW，輸出電流300安培)高頻交變磁場(chǎng)下照射各1 h;繼續(xù)培養(yǎng)48h，倒置顯微鏡下拍照，然后用0.25%胰酶消化細(xì)胞，800r/min離心5 min、PBS(pH7.4)洗2次、4%預(yù)冷戊二醛固定24 h，EPON812包埋、60e聚合72 h，細(xì)胞被切成60nm的超薄切片、檸檬酸鉛及醋酸鈾染色，透射電鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)變化。

（4）MTT還原法檢測(cè)細(xì)胞增殖抑制率：在 96孔培養(yǎng)板中每孔接種103個(gè)細(xì)胞，24 h后分別加入4、6、8、10 g/L的Fe2O3納米磁流體100uL，繼續(xù)培養(yǎng)，參照文獻(xiàn)方法進(jìn)行四甲基偶氮唑藍(lán)(MTT)實(shí)驗(yàn)。用自動(dòng)酶標(biāo)檢測(cè)儀(Thermo Labsystems-Multiskam MK3美國(guó)BD公司)在493 nm處檢測(cè)96孔的吸光度。