植入式氧气发生器可增强放化疗效果
美国研究人员开发出一种能够植入肿瘤的微型氧气发生器,该装置能够在病灶区域释放出氧气,改变肿瘤微环境的乏氧状况,解决放化疗在某些肿瘤的治疗中效果不佳的问题。

该简图显示这种小型氧气发生器的工作原理。在超声环境下,该装置产生氧气能提高放化疗杀死肿瘤细胞的效果。(Birck Nanotechnology Center, Purdue University)

据美国每日科学网近日报道,美国研究人员开发出一种能够植入肿瘤的微型氧气发生器。该装置能够在病灶区域释放出氧气,改变肿瘤微环境的乏氧状况,解决放化疗在某些肿瘤的治疗中效果不佳的问题。相关论文发表在美国电气和电子工程师协会(IEEE)的《生物医学工程》杂志上。

据参与该研究的美国普渡大学计算机工程和生物医学工程教授巴巴克·扎伊介绍,该技术主要用于对实体瘤的治疗。这类肿瘤中氧气含量偏低,一般都呈现乏氧状态,而这并不是一件好事,因为放射疗法和不少杀灭癌细胞的药物只有在有氧气参与的情况下才能起效。

肿瘤微环境乏氧不仅会使肿瘤自身更具侵袭性,还容易促使其进一步发生转移。此外,乏氧状况会降低肿瘤对放射疗法的敏感性,使缺氧区域的癌细胞很难被杀死。例如,胰腺癌和宫颈癌就属于这种情况,其肿瘤微环境是出了名的缺氧。如果能在病灶区域生成氧气,就能让放疗和化疗重新奏效。

这种新型“植入式微型氧气发生器”正是为了这个目的而研制的。该装置长度不到一厘米,能够通过皮下穿刺的方式直接植入肿瘤。而后在超声波信号的作用下,用微小电压将水电解为氢气和氧气。研究人员称,这种疗法在应用上比较简单,只需将氧气发生器植入肿瘤,而后将其暴露在超声波作用范围内即可。

研究人员用该疗法对患有胰腺肿瘤小鼠进行了实验。对照实验显示,植入设备能够正常生成氧气,并加速肿瘤的缩小。

该设备由普渡大学布瑞克纳米技术研究中心研制。美国印第安纳大学医学院临床放射肿瘤学副教授高松储也参与了该研究。普渡大学已经为该项目提供了约50万美元的研发资金。

扎伊称,这是一项颇具潜力的技术,在肿瘤的治疗上具有广阔的应用前景。

 

An Ultrasonically-Powered Implantable Micro Oxygen Generator (IMOG)

Maleki, T.;   Ning Cao;   Seung Hyun Song;   Chinghai Kao;   Song-Chu Ko;   Ziaie, B.;  Birck Nanotechnol. Center, Purdue Univ., West Lafayette, IN, USA 

In this paper, we present an ultrasonically-powered Implantable Micro Oxygen Generator (IMOG) that is capable of in situ tumor oxygenation through water electrolysis. Such active mode of oxygen generation is not affected by increased interstitial pressure or abnormal blood vessels that typically limit the systemic delivery of oxygen to hypoxic regions of solid tumors. Wireless ultrasonic powering (2.15 MHz) was employed to increase the penetration depth and eliminate the directional sensitivity associated with magnetic methods. In addition, ultrasonic powering allowed for further reduction in the total size of the implant by eliminating the need for a large area inductor. IMOG has an overall dimensions of 1.2~1.3~8 mm3, small enough to be implanted using a hypodermic needle or a trocar. In vitro and ex vivo experiments showed that IMOG is capable of generating more than 150 ÊA which in turn can create 0.525 ÊL/min of oxygen through electrolytic disassociation. In vivo experiments in a well-known hypoxic pancreatic tumor models (1 cm3 in size) also verified adequate in situ tumor oxygenation in less than ten minutes.

文献链接:http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5975204

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