磁性微球的生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展
1、磁性微球的制備
磁性微球的制備方法較多，不同類型的磁性微球制備方法不同。大致可分為物理法和化學(xué)法。物理法有噴霧干燥、熱處理法和冷凍凝聚法�；瘜W(xué)法有乳液聚合法、懸浮聚合法、分散聚合法、自組裝法和生物合成法等。
1.1噴霧干燥法
噴霧干燥法是將磁流體分散在基體材料的溶液中，利用噴霧干燥制得磁性微球。王強(qiáng)斌等〔7〕將納米磁流體分散在聚丙烯腈的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，混合均勻后進(jìn)行噴霧，得到外形規(guī)整、粒徑分布較窄、磁含量約15%的聚丙烯腈磁性微球，得到的磁性微球可作為固定化酶的載體。
1.2熱處理法
熱處理法是將蛋白質(zhì)分散在磁流體中，在超聲激烈攪拌下加熱，使蛋白質(zhì)穩(wěn)定，可得到蛋白質(zhì)包覆的磁性微球。Jchatterjee等〔8〕采用此法得到了分散性良好的人血清白蛋白(HSA)磁性微球。將HSA加入到磁流體中，然后將混合液倒入棉子油中，先在低溫(4℃)下高速超聲攪拌，然后加熱到130℃，同時(shí)保持高速的攪拌，持續(xù)一定時(shí)間，然后冷卻洗滌。得到的磁性微球分散良好，穩(wěn)定性較化學(xué)交聯(lián)蛋白質(zhì)得到的磁性微球更好。
1.3冷凍凝聚法
冷凍凝聚法是將磁流體分散在基體材料中，再加入液體石蠟，攪拌。低溫冷卻后加入有機(jī)溶劑攪拌、過(guò)濾、洗滌可得到包覆Fe3O4的磁性微球。張勝〔9〕等利用冷凍法制備了包裹超微Fe3O4和平陽(yáng)霉素的明膠磁性微球。此微球具有較好的靶向性和緩釋性。
1.4乳液聚合法
乳液聚合法是將磁流體分散在高分子單體中，加入乳化劑，高速攪拌剪切乳化。同時(shí)高分子單體在乳液滴中發(fā)生聚合反應(yīng)，形成了磁性顆粒均勻分散的磁性高分子微球。謝鋼〔10〕采用乳液聚合法制備了PS(聚苯乙烯)/Fe3O4復(fù)合微球，并研究了不同的分散穩(wěn)定劑對(duì)所制備的復(fù)合磁性微球的影響。懸浮聚合和乳液聚合類似，將磁流體加入到高分子單體中，不加乳化劑的情況下，借助高速攪拌的作用將單體分散成小液滴，單體在小液滴中反應(yīng)，得到磁性高分子微球。王勝林〔11〕等采用懸浮聚合法制備了聚苯乙烯磁性微球。將Fe3O4磁性粒子用一種復(fù)合分散劑進(jìn)行表面處理后分散到苯乙烯中，從而形成苯乙烯磁流體，在磁流體中加入引發(fā)劑單體二乙烯基苯(DVB)，然后將磁流體分散在水中，經(jīng)過(guò)高速剪切乳化，形成穩(wěn)定的微懸浮液，在穩(wěn)定的溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)。最后過(guò)濾分離，得到包覆良好的磁性微球。乳液聚合與懸浮聚合法得到的磁性微球的粒徑不同，采用乳液聚合法可得到納米級(jí)的磁性微球，而懸浮聚合法得到的磁微球一般為微米級(jí)。乳液聚合法制備磁性微球過(guò)程中需加入乳化劑，因此，需要進(jìn)行洗滌、熱處理等一些后續(xù)的處理。采用不同的聚合方法，可制備不同粒徑的磁性微球。邱廣亮〔12〕等采用分散聚合法制備了Fe3O4/P(St-CBA)復(fù)合磁性微球。采用分散聚合法，在磁流體存在下，以乙醇-水為分散介質(zhì)，以聚乙二醇為分散劑和穩(wěn)定劑，進(jìn)行苯乙烯(St)-馬來(lái)酸酐(CBA)-二乙烯基苯的三元共聚，合成出了粒徑比較均勻、磁響應(yīng)性較強(qiáng)的高分子磁性微球。
1.5自組裝法
ZhuYihua〔13〕通過(guò)在微球上連續(xù)的組裝Fe3O4納米顆粒和高分子電解質(zhì)，得到了具有粒徑和組成可裁剪的磁性SiO2微球。層沉積的條件是當(dāng)Fe3O4和高分子電解質(zhì)所帶的電荷相反時(shí)，利用靜電吸引形成了多層組裝。由此形成了在SiO2微球上Fe3O4和高分子電解質(zhì)交替組裝的結(jié)構(gòu)。微球表面層數(shù)可通過(guò)層層吸附的方法控制，從而控制微球的大小。得到的微球表面包覆著均勻納米顆粒。這種尺寸大小可控的磁性微球具有廣闊的應(yīng)用。
1.6生物合成法
生物合成法是指自然界中的一種向磁微生物，這些生物在沿著地球磁力線移動(dòng)時(shí)，在體內(nèi)合成生物膜包覆的磁性超微粒子。
2、磁性微球的應(yīng)用
磁性高分子微球具有高分子微球的特性，可通過(guò)共聚、表面改性賦予其表面多種反應(yīng)性功能基團(tuán)，如—COOH，—NH2，—OH，—COH等，與生物活性物質(zhì)的交聯(lián)吸附能力大。同時(shí)，又因微球內(nèi)部含有磁性粒子，具有超順磁性，可在外加磁場(chǎng)的作用下快速運(yùn)動(dòng)。因而，在生物醫(yī)學(xué)、細(xì)胞學(xué)和生物工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
2.1固定化酶
固定化酶是指利用物理吸附或化學(xué)結(jié)合法將自由酶固定到載體上以提高酶的操作穩(wěn)定性和反復(fù)回收利用酶的技術(shù)〔14〕。磁性微球用于固定化酶利于固定化酶從反應(yīng)體系中分離和回收，操作簡(jiǎn)便。同時(shí)利用外部的磁場(chǎng)可控制固定化的運(yùn)動(dòng)方式和方向，可替代傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌，提高酶的催化效率。任廣智〔14〕等制備了用于固定化酶的磁性殼聚糖微球。首先用化學(xué)共沉淀法制備了磁流體，隨后在磁流體存在下進(jìn)行殼聚糖和戊二醛的共聚反應(yīng)。該微球具有良好的磁響應(yīng)性，在外加磁場(chǎng)下可被快速的從溶液中分離出來(lái)。磁性纖維素微球和磁性聚2-羥乙烷甲基丙烯酸酯-乙烯基二甲基丙烯酸酯(HEMA-EDMA)微球上固定脫氧核糖核酸酶，此固定化酶可用于染色體和DNA質(zhì)粒的分解。BohuslavRittich〔15〕制備并研究了此固定化酶的特性。磁性纖維素微球的制備是在纖維膠中分散磁粉，通過(guò)纖維膠溶膠-凝膠的轉(zhuǎn)變制備。磁性聚(HEMA-EDMA)微球是通過(guò)分散聚合2-羥乙烷甲基丙烯酸酯(HE-MA)和乙烯基二甲基丙烯酸酯(EDMA)，同時(shí)加入磁粉。在磁微球表面引入氯三嗪(Chlorotriazine)，使脫氧核糖核酸酶能通過(guò)化學(xué)鍵固定在磁微球上。GuoZheng〔16〕等制備了聚聯(lián)乙烯苯-乙烯醋酸包裹納米尺寸的Fe3O4的磁性微球，得到的聚合物微球具有多孔結(jié)構(gòu)。在微球上固定脂肪酶，酶的固定速度快，載酶量大，脂肪酶與磁性微球之間結(jié)合緊密，固定化的脂肪酶活性高，熱穩(wěn)定性好，重復(fù)使用6次后，酶的活性仍能保留74%，表明固定化酶有較長(zhǎng)的'使用壽命。
2.2靶向藥物
靶向給藥，尤其是抗腫瘤靶向藥物是近年來(lái)國(guó)際上研究的一個(gè)熱點(diǎn)，良好的藥物靶向治療有助于增加病灶部位藥物濃度，減少藥物用量，降低不良反應(yīng)，具有良好的應(yīng)用前景。UrsHaKfeli〔17〕在磁性微球上標(biāo)定β-放射錸(Re)-188，磁性載體是由金屬鐵和活性炭組成。由于磁性載體(MTC)能有效靶向到腫瘤部位，所以Re-MTC能集中對(duì)腫瘤部位輻射治療，減小了對(duì)周圍組織和器官的輻射。MuniyandySaravanan〔18〕制備了用于治療關(guān)節(jié)炎的二氯苯二磺酰鈉凝膠磁性微球。二氯苯二磺酰鈉是一種抗炎和止痛藥，能用來(lái)治療關(guān)節(jié)炎。由于生理半衰期短，需要持續(xù)頻繁的注射以維持其治療效果，需要緩釋以長(zhǎng)期維持其濃度。同時(shí)這種藥物具有很強(qiáng)的副作用，如胃潰瘍、腸胃出血、過(guò)敏性反應(yīng)等。制備凝膠磁性微球靶向藥物到需要的部位，實(shí)驗(yàn)表明此微球的藥物釋放超過(guò)18天，采用超聲波能加快藥物的釋放。
2.3細(xì)胞的分離
有效的細(xì)胞分離是臨床和免疫學(xué)的基本而重要的步驟。磁性微球在細(xì)胞分離中的應(yīng)用之一是血液中紅細(xì)胞的分離;另一種應(yīng)用是在臨床進(jìn)行自身骨髓移植時(shí)用于清除骨髓中已轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞、異體骨髓移植時(shí)清除骨髓中的T細(xì)胞等�？道^超等〔19〕用物理吸附和化學(xué)鍵共價(jià)結(jié)合的方法，將抗人膀胱癌單克隆抗體連接到預(yù)先制備的聚苯乙烯磁性微球表面，構(gòu)建了能特異地與靶細(xì)胞結(jié)合并賦予其磁響應(yīng)性的免疫磁性微球(Immunomagneticmicrospheres，IMMS)，用于從骨髓中分離癌細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)證明，所構(gòu)建的IMMS可有效地和靶細(xì)胞結(jié)合。用IMMS從動(dòng)物骨髓中分離癌細(xì)胞的初步實(shí)驗(yàn)表明，IMMS可有效清除癌細(xì)胞，而骨髓細(xì)胞僅有很少量的損失。JhunuChatterjee〔20〕用血凝素修飾聚苯乙烯磁微球和白蛋白微球，用于紅細(xì)胞的分離。用血凝素修飾聚苯乙烯微球和白蛋白微球后，其具有良好的結(jié)合紅細(xì)胞的能力。白蛋白微球與合成的聚合物微球相比較更具優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榻?jīng)白蛋白微球分離后的紅細(xì)胞能重新注射進(jìn)入病人的體內(nèi)。
2.4診斷
磁性蛋白微球在醫(yī)學(xué)診斷中也具有廣泛的應(yīng)用，包括超聲檢查中作為回波對(duì)照劑，核磁共振成像對(duì)比增強(qiáng)等。SAvivi(Levi)〔21〕采用了高強(qiáng)度超聲法合成磁性蛋白質(zhì)微球。方法是用五羰基鐵或醋酸鐵、牛血清白蛋白(BSA)作反應(yīng)物，在水或癸烷的溶液中進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲振蕩，所制備的磁性微球由BSA包覆氧化鐵組成。不同化學(xué)組成的放射性微球近來(lái)已用于診斷和治療。磁性靶向放射性微球具有磁響應(yīng)性，能夠靶向到特定的部位。UrsO等〔22〕用放射性In標(biāo)定磁性靶向載體。采用(ABz-DOTA)作為螯合劑時(shí)，接著螯合銦與磁性微球鍵合，得到的放射磁微球在血漿中具有較好的穩(wěn)定性，表明In標(biāo)定的磁微球作為治療前的診斷工具能保證長(zhǎng)期的觀察。由于磁性微球具有諸多優(yōu)異的性能，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而對(duì)于磁性微球制備過(guò)程中的粒徑的控制、作為靶向載體的磁性微球進(jìn)入人體后的穩(wěn)定性、鐵磁性物質(zhì)在人體內(nèi)的積累等問(wèn)題仍需要進(jìn)行深入的研究。
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