经过多年的创新和迭代，生物材料仍然是一个热门的研究领域，特别是在治疗癌症和其他相关疾病方面，显示出广阔的潜力。超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)作为一类生物材料，已广泛应用于电离辐射放大和靶向治疗等科学研究中。本文介绍了SPION作为放射增敏剂的应用价值。
这篇文章发表在最新一期的高质量期刊《纳米材料》(2023,13,330)上。目前，超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIONS)已被证明可应用于医学领域和其他科研领域，如基因治疗中的siRNA递送、化疗药物的靶向递送、通过磁热疗诱导癌细胞凋亡、作为MRI造影剂等。由(3-氨基丙基)-三乙氧基硅烷(SPIONAPTES)包裹的SPIONs由于其表面的自由氨基，为不同的医疗应用提供了连接各种治疗药物和物质的可能性。这些特性使其成为许多应用的主要候选者，特别是在肿瘤治疗的新方法中，已经研究了化疗药物，生长抑制剂或抗体的靶向应用，如宫颈癌，淋巴瘤和卵巢癌。
在本研究中，作者使用德国zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，对不同细胞系的细胞进行了长期不间断的观察，获得了强有力的实验数据。
图1 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统
图2 肿瘤细胞对SPIONs的吸附和吞噬。Cal33细胞是一种HPV阴性(HPV-)头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)细胞系，在加入不同浓度的纳米颗粒(0、5和20µg Fe/mL)后，细胞状态随时间(1,24,48和72 h)变化的代表性图像。
视频1: 肿瘤细胞对SPIONs的吸附和吞噬。在加入不同浓度的纳米颗粒(0、5，20µg和50µg Fe/mL)后，Cal33细胞状态随时间(1,24,48和72 h)变化的影像记录。
图3 利用zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统观察HNSCC细胞与SPIONs相互作用的时间行为。SPIONs作用于HSC-4细胞(HPV-HNSCC细胞系)10小时内细胞分裂的图像。黄色和绿色箭头指向被细胞摄取前的纳米颗粒聚集物。蓝色圆圈标记纳米颗粒含量高的子代细胞，红色圆圈标记 纳米粒子含量低的子代细胞。
在此基础上，作者通过测量生长曲线来检验SPIONs是否对不同类型的细胞有细胞抑制作用(图4)。结果显示，Cal33和RPMI 2650细胞的生长速率存在显著差异。在所有辐射剂量下，SPIONS处理组和未处理组的RPMI 2650细胞无差异(p≥0.343)(图4a-c)。相比之下，Cal33细胞对SPIONS本身更敏感，特别是对辐射和SPIONS的结合。孵育105小时后，与未处理的SPIONS组相比，细胞数量显著增加(p<0.05)，细胞倍增所需时间也有显著差异(p<0.05)(图4 d-f)。我们还对另外6个细胞系进行了0和2 Gy辐射强度的干预，观察并记录了生长曲线。总的来说，如果存在SPIONS, 6个细胞系中有4个细胞系细胞数量翻倍所需的时间显著增加。然而，当纳米颗粒组和对照组暴露于2 gy剂量时，这种差异大部分被逆转，只有BEAS-2B细胞系的倍增时间仍然显着增加(图4 g-i)。
图4 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统下生长曲线分析SPIONs在20µg Fe/mL时的细胞抑制作用。(a) RPMI 2650和(d) Cal33细胞在0-8 Gy下，加SPIONs和不加SPIONs的生长曲线均超过120 h;图中只显示了0、2和6 Gy的情况，虚线表示纳米颗粒群。(b)所有剂量的RPMI 2650细胞在90小时和(e) Cal33细胞在培养105小时后的细胞数目统计结果。(c) RPMI 2650和(f) Cal33细胞在0-8 Gy剂量照射后的细胞数量翻倍时间。(g)添加和不添加20µg Fe/mL SPIONs以及在0和2 Gy照射后120 h的细胞株(BEAS-2B)生长曲线结果。(h)添加和不添加SPIONs剂量分别为0和2 Gy的BEAS-2B、CLS 354、Det 562、HSC-4、udscc -2和UM-SCC-47细胞株的细胞数目翻倍时间。(i) (h)不同组间的显著性;误差条表示标准偏差。*对照组与SPION组在各自辐射剂量下差异均为显著性，经Mann-Whitney u检验，p<0.05。
结合其他实验数据，结果表明SPIONS对不同细胞系有不同的作用。对于某些细胞系(如RPMI 2650)，无论是否处理SPIONS都不会对细胞产生明显的毒副作用，2Gy放射治疗可以逆转SPIONS对细胞的作用;对于某些细胞系(如BEAS-2B)，辐射不能完全逆转SPIONS引起的细胞增殖能力下降;对于Cal33细胞，SPIONS带来的细胞毒性可显著削弱细胞的增殖能力。这一结果表明，尽管SPIONS对大多数实验细胞系的细胞毒性较弱，但不同细胞系之间仍存在显著差异。
因此，SPION-APTES本身并不是一种有效的放射增敏剂，本研究也证明了SPION-APTES对细胞的作用有限，具有良好的细胞相容性。而且这种兼容性在未来的研究或应用中也具有值得注意的优势，为今后进一步功能化SPIONS的研究奠定了重要基础。
德国InnoME公司自主研发生产的zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，采用无标记、无创的方法，实时记录细胞生长和原位定量分析数据。zenCELL owl体积紧凑，耐温度和湿度，可以在细胞培养箱中连续工作很长时间;通过24个微成像透镜对24个视场进行连续动态监测和图像采集。ZenCELL owl为用户提供高质量的图像、视频、统计曲线和定量数据，监测活细胞的各种动态过程，如细胞增殖/增殖抑制、细胞培养质量控制/优化、迁移/侵袭等。
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