腫瘤是一種常見疾病，嚴(yán)重威脅著人類的健康和生命。在我國，惡性腫瘤是導(dǎo)致死亡的主要疾病，發(fā)病率逐年增高。腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與免疫力低下密切相關(guān)。免疫系統(tǒng)無時不刻在監(jiān)視著體內(nèi)的細(xì)胞。如果有細(xì)胞變異、變性，免疫系統(tǒng)會立即進(jìn)行處理；而如果免疫力弱、免疫系統(tǒng)有缺陷，會沒有能力及時處理，會有不少“漏網(wǎng)之魚”，癌細(xì)胞就悄無聲息地發(fā)展起來了。

如何提早發(fā)現(xiàn)？如何取得更好的治療效果？在研究過程中，都少不微電極的幫助。下面是微電極在醫(yī)學(xué)腫瘤研究領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用論文。

論文1、全氟碳通過調(diào)節(jié)腫瘤內(nèi)環(huán)境來提高低氧類藥物的療效

研究背景：大多數(shù)腫瘤在生長過程中會出現(xiàn)不同程度的乏氧，而乏氧是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移和耐受的重要原因之一。因此，在腫瘤治療中，清除乏氧腫瘤細(xì)胞對預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移尤為重要。乏氧依賴性藥物則是在乏氧條件下起效的一類物質(zhì)，主要包括乏氧性細(xì)菌、乏氧性前藥（如：沙門氏菌、替拉扎明）等。這些物質(zhì)可與其他抗腫瘤手段聯(lián)合，清除乏氧腫瘤細(xì)胞，防止腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。然而，臨床上聯(lián)合乏氧依賴性藥物對腫瘤的療效并不理想，這主要是由于腫瘤的乏氧部位滲透性差，藥物濃度過低所導(dǎo)致的。盡管已經(jīng)有一些手段可增加乏氧藥物的滲透性，然而，滲透性增加必然伴隨著氧氣濃度增加，反而降低了乏氧藥物的療效。研究人員發(fā)明了一種全氟化碳納米材料，該納米材料可通過光動力效應(yīng)破壞血管，增加腫瘤部位的藥物滲透，同時作為一種“吸氧海綿”，將滲透進(jìn)入腫瘤組織的氧氣，富集并消耗完畢，為乏氧依賴性藥物創(chuàng)造了能夠起效的乏氧微環(huán)境。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過本設(shè)計(jì)的全氟化碳納米?？娠@著增加乏氧藥物的療效。更重要的是，研究采用的全氟化碳納米粒對機(jī)體的組織器官沒有毒性，安全可靠，極有可能成為全氟化碳在臨床應(yīng)用的一個新方向。

微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用：

Unisense氧微電極-OX-25測量了納米粒子材料水中受到激發(fā)后對應(yīng)的溶液中的氧濃度變化，以及該納米材料注入老鼠體內(nèi)后，測量老鼠體內(nèi)腫瘤組織的氧分壓濃度的變化情況。

圖1、PNP介導(dǎo)的改善HBAs和O2吸收及消耗的原理圖

圖2、老鼠的腫瘤組織內(nèi)給藥后，三個周期的激光照射(808 nm,2Wcm-2)后腫瘤內(nèi)的溶解氧(DO)實(shí)時變化

論文2、Mg-Ag-Y合金對MG63骨肉瘤細(xì)胞系腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制及機(jī)制評價

研究背景介紹：骨肉瘤是一種惡性原發(fā)性骨腫瘤，常伴有肺轉(zhuǎn)移。骨肉瘤的根治性手術(shù)通常需要骨內(nèi)植入物。因此應(yīng)開發(fā)具有抗腫瘤功能的種植體。鎂及其合金具有良好的生物降解性能，是一種極具潛力的骨科材料成骨能力和抗腫瘤特性。然而隨著它們不受控制的降解速度和未知的抗腫瘤機(jī)制的問題出現(xiàn)了。研究發(fā)現(xiàn)與純Mg相比，稀土銀中摻釔(Ag-Y)能極大地提高這些元素的耐蝕性，從而使MG-1Ag-1Y合金具有更好的耐蝕率。研究證實(shí)了Mg和Ex-Mg-1Ag-1Y合金均表現(xiàn)出對局部腫瘤生長和肺轉(zhuǎn)移的抵抗作用，可通過改變細(xì)胞外酸中毒微環(huán)境、提高M(jìn)g濃度、抑制C-X-C趨化因子受體4型(CXCR4)水平、增加前列環(huán)素(PGI2)合成來實(shí)現(xiàn)。我們的研究表明，Ex-Mg-1Ag-1Y合金具有較好的耐腐蝕性和抗腫瘤特性，是一種很有前途的骨科植入物。

微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用：

使用pH微電極穿刺入老鼠的組織中測量老鼠植入金屬材料周圍的組織內(nèi)的pH值，測試周期為操作步驟完成后每4天，即分別在第0天、第8天、第16天和第36天完成測試。

圖1、Mg-1Ag-1Y合金和Mg移植體樣品在1×PBS中動態(tài)降解隨時間變化的曲線圖:(a)析氫體積，(B)1×PBS的pH值，(C)試樣重量變化，(D)電位的動態(tài)極化曲線圖。

圖2、A:裸鼠經(jīng)前Mg-1ag-1y合金、純Mg、Ti合金原位植入5周后，肉眼觀察后肢局部腫瘤。B:放大局部腫瘤，在Ex-g-1Ag-1Y合金和純Mg(黑色箭頭)植入物表面可見纖維包膜。(C)三組不同時間點(diǎn)局部腫瘤周圍的RTV曲線和pH值。D：植入不同金屬材料的裸鼠處死后取腫瘤重量。E：術(shù)后第0天、第8天、第16天、第36天局部腫瘤組織中鎂的含量。G：術(shù)后第0天、第8天、第16天、第36天腫瘤組織銀(Ag)水平。

圖3、三組小鼠后肢在不同時間點(diǎn)的x線成像。白色箭頭表示植入金屬。

論文3、pH響應(yīng)型氧納米微氣泡用于低氧腫瘤的自發(fā)氧傳遞

研究背景：缺氧是大多數(shù)實(shí)體腫瘤中非常常見的現(xiàn)象，其特點(diǎn)是血管密度降低、血管幾何形狀不規(guī)則、氧梯度不一致。腫瘤缺氧是導(dǎo)致腫瘤耐化療治療的重要因素，尤其是在需要氧氣殺死癌細(xì)胞的光動力治療和放療中。氧傳遞劑如氧飽和的全氟碳納米乳和脂質(zhì)氧微納米氣泡已被用于超聲激活缺氧腫瘤供氧。這種供氧系統(tǒng)仍然存在一些缺陷，包括過早的供氧和依賴外部刺激。為了解決這些局限性，研究人員開發(fā)了由縮醛化葡聚糖聚合物外殼包裹的氧氣納米微氣泡，以響應(yīng)腫瘤微環(huán)境中pH值的微小下降而自發(fā)地產(chǎn)生氧氣。乙?；钠暇厶蔷酆衔锿鈿ぷ鳛橐粋€強(qiáng)大的屏障，防止循環(huán)血液中的氣體溶解，以保留大部分的氧負(fù)載，其ph響應(yīng)特性使氧在溫和的酸性腫瘤微環(huán)境中突然釋放。所得的葡聚糖氧納米氣泡具有良好的穩(wěn)定性和生物相容性。使用氧氣微電極對老鼠的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究了pH反應(yīng)性氧釋放過程，研究了醋酸化右旋糖酐納米氣泡對體外無刺激氧供應(yīng)的影響。

微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用：

在超聲成像的指導(dǎo)下，將氧氣微電極插入老鼠的腫瘤組織內(nèi)，通過直接測量瘤內(nèi)氧水平來評估納米氣泡的氧傳遞和瘤內(nèi)氧水平的增強(qiáng)。用氧微電極傳感器記錄特定時間間隔注射氧納米微氣泡后后3小時腫瘤內(nèi)氧分壓(pO2)。

圖1.pH響應(yīng)型氧納米微氣泡制備和pH觸發(fā)型氧釋放劑的示意圖。圖a表示的是以AC-DEX為外殼制備ph響應(yīng)型納米氣泡。將含有AC-DEX和癸烷的二氯甲烷溶液在由DPPC、DPPG和dsp-peg組成的脂質(zhì)溶液中乳化，制備納米乳劑。在相分離、冷凍干燥和輸氧之后，就形成了氧納米微氣泡。圖b表示的是水溶性葡聚糖中AC-DEX的酸催化水解在酸性環(huán)境中pH引發(fā)納米微氣泡的氧釋放。

圖2、氧納米氣泡的體外超聲成像。(a)不同濃度的氧納米泡溶液的超聲圖像（b）圖中超聲圖像的組織對比(CTR)

圖3、a)在pH 6.5和7.4下培養(yǎng)的氧納米微氣泡的體外氧釋放動力學(xué)，(b)儲存在中性溶液(pH 7.4)和酸性溶液(pH 6.5)中3小時的氧納米微氣泡的樣品照片。

圖4、CNE2荷瘤小鼠腫瘤內(nèi)pO2測定。a)超聲圖像顯示的是一個氧微電極傳感器插入腫瘤組織內(nèi)，氧微電極傳感器的尖端的位置是由紅色圓圈中的黃色十字符號表示。b)老鼠靜脈注射含氧納米微氣泡物質(zhì)、含氮納米氣泡物質(zhì)和含氧飽和PBS緩沖液后3小時瘤內(nèi)pO2變化的測量。

論文4、硅化鎂納米顆粒作為癌癥饑餓治療的脫氧劑

研究背景介紹：眾所周知，腫瘤在人體內(nèi)生長過程中，需要形成自身的血管網(wǎng)絡(luò)用于提供腫瘤組織生長必需的氧氣分子和營養(yǎng)成分，因此“血管”就是腫瘤的“命門”；通過破壞或阻塞腫瘤的血管，就能切斷對腫瘤組織的血供，腫瘤必然死亡。由于“腫瘤饑餓療法”對無機(jī)材料的苛刻要求（如滿足腫瘤組織的特異性、耗氧能力強(qiáng)、阻塞血管持久性，可注射性、良好的生物相容性等要求），目前無機(jī)材料用于腫瘤饑餓療法還無法實(shí)現(xiàn)。中科院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員與華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院步文博教授研究團(tuán)隊(duì)合作，采用改進(jìn)的自蔓延燃燒法，成功制備了單分散、直徑約100nm的硅化鎂(Mg2Si)納米耗氧劑，經(jīng)聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面改性后形成穩(wěn)定的溶膠，賦予其良好的可注射性。該研究從采用自蔓延燃燒方法合成新型Mg2Si納米顆粒出發(fā)，揭示了腫瘤微環(huán)境可以特異性激活Mg2Si納米顆粒的耗氧功能和分解產(chǎn)物堵塞腫瘤血管的新現(xiàn)象，開創(chuàng)性提出了無機(jī)耗氧劑用于腫瘤饑餓療法的新思路，為傳統(tǒng)的腫瘤饑餓療法注入了新活力。

微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用：

Unisense氧氣微電極測試了老鼠體內(nèi)靜脈中血液中的氧氣濃度以及老鼠體內(nèi)腫瘤組織的氧氣濃度。其中老鼠靜脈血液是從老鼠尾靜脈抽出20ul的靜脈血液后，并立馬進(jìn)行血液中氧氣濃度的測試。而老鼠體內(nèi)的各個器官組織氧氣濃度是通過使用氧微電極穿刺測試得到的。

圖1、腫瘤饑餓療法示意圖

圖2、測試?yán)鲜蠡铙w的體內(nèi)組織在不同時間以及不同距離內(nèi)的氧濃度裝置圖。

圖3、酸化的DMEM營養(yǎng)基中（pH=6.5）加入不同濃度（0 mM、2mM、5mM、10mM）的脫氧劑MS-NPS后，體系中氧氣濃度隨時間的變化情況。從圖中可以看出，脫氧劑MS-NPS加入會引起體系中的氧氣濃度迅速降低，在30分鐘后，體系中的氧氣濃度就處于平衡了，而脫氧劑MS-NPS的濃度越大，體系中的氧氣濃度越小。但是當(dāng)脫氧劑濃度增加到一定濃度時（10mM），其氧氣濃度就幾乎不變了。

圖4、小鼠中注射高劑量MS NPs（100mg/L）和未注射MS NPs不同組織器官（心臟、肝、脾臟、肺、）的在不同時間段微表面氧分壓剖面分析圖。從圖中可看出，老鼠各器官組織中的氧分壓值未出現(xiàn)較大的波動。