MagneTherm?磁流體熱療分析系統(tǒng) 
MagneTherm? Magnetic Fluid Hyperthermia System 
 
MagneTherm?磁流體熱療分析系統(tǒng)是來自英國(guó)的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**。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。

圖1MagneTherm?磁流體熱療分析系統(tǒng)

2、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**。
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**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**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**反應(yīng)。

圖2 不同濃度的磁流體 (Fe3O4)在交流磁場(chǎng)中的加熱性能對(duì)比

3、系統(tǒng)亮點(diǎn)概述 
該magneTherm ?有超過**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?？梢詫?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**研究 
熱療正成為繼手術(shù)、放療、化療和**療法后出現(xiàn)的第五種癌癥**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)。

S.Y. Yan, et al. Therapeutic mechanism of treating SMMC-7721 liver cancer cells with magnetic fluid hyperthermia using Fe2O3 nanoparticles. Brazilian Journal of Medical and Biological Research (2014) 47(11): 947-959

熱休克蛋白研究 
熱療聯(lián)合化療**能提高機(jī)體的**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**，其中HSP70*為引人關(guān)注。機(jī)體**能力和腫瘤之間的作用是相互的，一方面機(jī)體**影響腫瘤的發(fā)展，另一方面腫瘤也能改變機(jī)體的**功能。對(duì)于惡性腫瘤的**，除外科手術(shù)外，化療和放療也是目前*主要的**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。

**釋放控制研究 
控制**釋放的技術(shù)可以保證**緩慢長(zhǎng)期的效用，保持*優(yōu)血液中**濃度，從而達(dá)到*佳的**效果。其優(yōu)點(diǎn)在于利于**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**輸送技術(shù)，可以更有效的**控制釋放，將**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**釋放使得**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 
**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**對(duì)***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**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**群落的生存能力。這種處理是非常有效的，特別是對(duì)***耐藥菌株和***抗性生物膜的**中已經(jīng)顯示出其應(yīng)用前景。

已經(jīng)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

Wei Wu, et al. Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Functionalization Strategies, Nanoscale Res Lett (2008) 3:397–415
5、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)：24cm (W) x 32cm (D) x 13cm (H)??? 重量： 6 kg 
函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：22cm (W) x 29cm (D) x 10cm (H)??? 重量： 2.8kg 
示波器：35cm (W) x 44cm (D) x 17cm (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*大減小到零

圖3? 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。

6、工作流程案例 
（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****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**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。?

參考文獻(xiàn)

1. Q A Pankhurst; J Connolly; SK Jones and J Dobson; 2003. Applications of magnetic nanomaterials in biomedicine. Journal of Physics D: Applied Physics. 36， R167–R181; stacks.iop.org/JPhysD/36/R167
2. Kannan M. Krishnan;， 2010. Biomedical Nanomagnetics: A spin through possibilities in imaging， diagnostics， and Therapy. IEEE Transactions on Magnetics. 2010 ; 46(7): 2523–2558.doi:10.1109/TMAG.2010.2046907
3. Amit P. Khandhar; R. Matthew Ferguson; and Kannan M. Krishnan; 2011. Mono dispersed magnetite nanoparticles optimized for magnetic fluid hyperthermia: Implications in biological systems. Journal of Applied Physics. 109， 07B310.
4. Andrea Paolella; Chandramohan George; Mauro Povia; Yang Zhang; Roman Krahne; Marti Gich; Alessandro Genovese; Andrea Falqui; Maria Longobardi; Pablo Guardia; Teresa Pellegrino; and Liberato Manna; 2011. Charge Transport and Electrochemical Properties of Colloidal Greigite (Fe3S4) Nanoplatelets. Chemistry of Materials. Volume 23， pages 3762–3768
5. Amit P. Khandhar; R. Matthew Ferguson;Julian A Simon; and Kannan M. Krishna;. 2012.???? Enhancing cancer therapeutics using size optimised magnetic fluid hyperthermia. Journal of Applied Physics. 111， 07B306; doi: 10.1063/1.3671427.
6. Amit P. Khandhar; R. Matthew Ferguson; Julian A. Simon，; Kannan M. Krishnan.， 2012. Tailored magnetic nanoparticles for optimizing magnetic fluid Hyperthermia. Journal of Biomedical Materials Research Part A. Volume 100A， Issue 3， pages 728–737
7. Gomez Roca， Alejandro; Wiese， B; Timmis， James; Vallejo Fernandez， Gonzalo; and O'Grady， Kevin; Fellow， IEEE.， 2012. Effect of Frequency and Field Amplitude in Magnetic Hyperthermia. IEEE Transactions on Magnetics， 84， 11
8. Leisha M. Armijo， Yekaterina I. Brandt， Dimple Mathew， Surabhi Yadav， Salomon Maestas， Antonio C.? Rivera， Nathaniel C. Cook， Nathan J. Withers， Gennady A. Smolyakov， Natalie Adolphi， Todd C. Monson， Dale L. Huber， Hugh D. C. Smyth and Marek Osiński， 2012. Iron oxide Nanocrystals for Magnetic Hyperthermia Applications. Nanomaterials， 2， 134-146; doi:10.3390/nano2020134
9. Leisha M. Armijo; Yekaterina I. Brandt; Nathan J. Withers; John B. Plumley; Nathaniel C. Cook; Antonio C. Rivera; Surabhi Yadav; Gennady A. Smolyakov; Todd Monson; Dale L. Huber; Hugh D. C. Smyth; and Marek Osiński.， 2012. Multifunctional superparamagnetic nanocrystals for imaging and targeted drug delivery to the lung. Proc. SPIE 8232， Colloidal Nanocrystals for Biomedical Applications VII， 82320M; doi:10.1117/12.913577
10. Leisha M. Armijo ; Yekaterina I. Brandt ; Antonio C. Rivera ; Nathaniel C. Cook ; John B. Plumley ; Nathan J. Withers ; Michael Kopciuch ; Gennady A. Smolyakov ; Dale L. Huber ; Hugh D. Smyth ; and Marek Osinski.， 2012. Multifunctional superparamagnetic nanoparticles for enhanced drug transport in cystic fibrosis. Proc. SPIE 8548， Nanosystems in Engineering and Medicine， 85480E; doi:10.1117/12.943621
11. Pablo Guardia; Riccardo Di Corato; Lenaic Lartigue; Claire Wilhelm; Ana Espinosa ; Mar Garcia-Hernandez Florence Gazeau; Liberato Manna; and Teresa Pellegrino.， 2012. Water-Soluble Iron Oxide Nanocubes with High Values of Specific Absorption Rate for Cancer Cell Hyperthermia Treatment.???????? ACS Nano， 2012， 6 (4)， pp 3080–3091?
12. Patricia de la Presa ， Yurena Luengo ， Marta Multigner， Rocio Costo ， Maria Del Puerto Morales ， Guillermo Rivero ， and Antonio Hernando.， 2012: Study of Heating Efficiency as Function of Concentration， Size and Applied Field in γ-Fe2O3 Nanoparticles.The Journal of Physical Chemistry C; doi:10.1021/jp310771p
13. Andreas Riedinger; Pablo Guardia; Alberto Curcio; Miguel A. Garcia; Roberto Cingolani; Liberato Manna; and Teresa Pellegrino.， 2013. Subnanometer Local Temperature Probing and Remotely Controlled Drug Release Based on Azo-Functionalized Iron Oxide Nanoparticles. Nano Letters.，doi 10.1021/nl400188q?
14. Vallejo Fernandez， Gonzalo; Whear， Oliver; Gomez Roca， Alejandro; Hussain， Suzanna; Timmis， James; Patel， Vijay; and O'Grady， Kevin.， 2013. Mechanisms of Hyperthermia in Magnetic Nanoparticles. Journal of Physics D: Applied Physics 46， 043001; doi:10.1088/0022 3727/46/4/043001.?
15. J. M. Byrne， V. S. Coker， S. Moise， P. L. Wincott， D. J. Vaughan， F. Tuna， E. Arenholz， G. van der Laan，， R. A. D. Pattrick， J. R. Lloyd and N. D. Telling. 2013. Controlled cobalt doping in biogenic magnetite nanoparticles. Journal of Royal Society Interface 10: 20130134; doi:10.1098/rsif.2013.0134.?
16. Minseon Kim， Chul Sung Kim， Hyung Joon Kim， Kyung-Hwa Yoo， Eunjoo Hahn.， 2013. Effect hyperthermia in CoFe2O4
17. MnFe2O4 nanoparticles studied by using field-induced M?ssbauer spectroscopy. Journal of the Korean Physical Society. 63 (11)， pp 2175-2178?
18. Ioanna Savva， Andreani D. Odysseos， Loucas Evaggelou， Oana Marinica， Eugeniu Vasile， Ladislau Vekas， Yiannis Sarigiannis， and Theodora Krasia-Christoforou. 2013. Fabrication， Characterization， and Evaluation in Drug Release Properties of Magnetoactive Poly(ethylene oxide)–Poly(l-lactide) Electrospun Membranes. Biomacromolecules 14 (12)， 4436-4446?
19. N'Guyen， T. T. T.， Duong， H. T. T.， Basuki， J.， Montembault， V.， Pascual， S.， Guibert， C.， Fresnais， J.， Boyer， C.， Whittaker， M. R.， Davis， T. P. and Fontaine， L. 2013 Functional Iron Oxide Magnetic Nanoparticles with Hyperthermia-Induced Drug Release Ability by Using a Combination of Orthogonal Click Reactions. Angew. Chem.， 125: 14402–14406. doi: 10.1002/ange.201306724?
20. Leisha M. Armijo ; Michael Kopciuch ; Zuzia Olsz?wka ; Stephen J. Wawrzyniec ; Antonio C. Rivera， et al.2014. Delivery of tobramycin coupled to iron oxide nanoparticles across the biofilm of mucoidal Pseudomonas aeruginosa and investigation of its efficacy. Proc. SPIE 8955， Colloidal Nanoparticles for Biomedical Applications IX， 89550I doi:10.1117/12.2043340?
21. Jelena Kolosnjaj-Tabi， Riccardo Di Corato， Lénaic Lartigue， Iris Marangon， Pablo Guardia， Amanda K. A. Silva， Nathalie Luciani， Olivier Clément， Patrice Flaud， Jaykrishna V. Singh， Paolo Decuzzi， Teresa Pellegrino， Claire Wilhelm， and Florence Gazeau.2014. Heat-Generating Iron Oxide Nanocubes: Subtle “Destructurators” of the Tumoral Microenvironment. ACS Nano， Articles ASAP.???????????????????????? doi: 10.1021/nn405356r?
22. Lemine，K. Omri，M. Iglesias，V. Velasco，P. Crespo，P. de la Presa，L. El Mir，Houcine Bouzid，A. Yousif，Ali Al-Hajry， 2014. γ-Fe2O3by sol–gel with large nanoparticles size for magnetic hyperthermia application. Journal of Alloys and Compounds， doi: 10.1016/j.jallcom.2014.04.002?
23. Sam Jin Kim， Sung Wook Hyun， Chul Sung Kim， Hyung Joon Kim， 2014. Thermal variation of MgZn nanoferrites for magnetic hyperthermia. Journal of the Korean Physical Society doi: 10.3938/jkps.65.553?
24. E. Céspedes， J. M.Byrne， N. Farrow， S. Moise， V. coker， M. Bencsik， J. Lloyd and N. D. Telling， 2014. Bacterially synthesized ferrite nanoparticles for magnetic hyperthermia applications.?????? Nanoscale， 2014， doi:10.1039/C4NR03004D.?
25. Bhanu P. Jena; Douglas J. Taatjes.， (2014). NanoCellBiology: Multimodal Imaging in Biology and Medicine. CRC press， Florida， USA， 313.