納米磁珠粒子的前世今生

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前言

在各國政府大規模推行新冠疫苗注射以後,隨之而來的除了大量的死亡和副作用案例外,在註射部位產生磁性的現像也被各個媒體報導,而且從最新曝光的視頻,進入體內的磁性物質除了在註射部位產生磁性意外,還能進行自我複制,導致注射疫苗的人變成一個行走的磁體。那麼這種奇異的現像是如何產生的呢,本文將對磁性的原理及其磁性物質在疫苗中的應用進行梳理,希望能夠拋磚引玉,幫助人們解開疫苗的謎團。

磁性與人體

我們知道,世界由物質組成,物質由分子原子組成,原子由原子核和(核外)電子組成。在原子核外的廣闊區域內,電子不停地自轉,並且繞著原子核旋轉。原子的磁矩是物質磁性的來源,而原子的磁矩又主要來自於電子的自旋磁矩和軌道磁矩的貢獻。磁矩是用來描述載流線圈或微觀粒子磁性的物理量。磁矩越大,磁性越大。

不只是磁鐵具有磁矩,載流線圈、電子、分子、行星等都具有磁矩,行星如地球有磁矩,故有了地球的南北磁極。在無外磁場的情況下,具有磁矩的一小片區域的原子能在一個個微小區域內“自發地”整齊排列起來而形成自發磁化小區域,稱為磁疇。在未經磁化的鐵磁質材料中,每一個磁疇內部都有確定的自發磁化方向,有很大的磁性,但大量磁疇的磁化方向各不相同因而使整個鐵磁質對外不顯磁性,但他們的磁性仍然保留,如果施加一個外加磁場或通電,內部的每一個磁疇就會沿著同一個方向排列,是物體表現出外在的磁性。

磁性是一種物理現象,是指物質放在不均勻的磁場中會受到磁力的作用。磁性表現為順磁性或者鐵磁性是指物質會趨向於朝向磁場較強的區域,即被磁場吸引。有些材料可以受到外部磁場的影響,產生跟外部磁場同樣方向的磁化向量的特性,這樣的物質具有正的磁化率。與順磁性相反的現像被稱為抗磁性,反磁性物質則會趨向於磁性較弱的區域移動,成為磁場排斥,還有一些物質入自旋玻璃和反鐵磁性等,會與磁場有更複制的關係。

超順磁性是指當某些具有磁性的顆粒小於某個尺寸時,外場產生的磁取向力太小而無法抵抗熱擾動的干擾,而導致其磁化性質與順磁體相似。磁性顆粒變成超順磁性的臨界尺寸與溫度有關,像是在室溫鐵粒的臨界大小為12.5奈米,而在4.2K時半徑為2.2奈米還是鐵磁性的。

納米磁珠

人體的鐵大多都存在於蛋白質內部,與卟啉環和氧產生配位鍵,形成較穩定的結構,不易被磁化,也很難被磁鐵吸引。而且,鐵元素廣泛分佈在人體內,雖然總量比較大,但並不是聚集在某一片區域,因此對於磁場的敏感程度很小,產生的磁力微乎其微。

隨著納米科學和納米技術的迅速發展,越來越多的納米材料被用於生產、生活。超順磁氧化鐵納米顆粒(SPIONs)是一種重要的生物醫用納米材料,除用於核磁共振成像(MRI)外,還可用於靶向給藥、基因治療和熱療等。

納米磁珠是由四氧化三鐵或三氧化二鐵等磁性微球與各種含活性功能基團的二氧化矽等材料複合而成的具有一定磁性及特殊表面結構的球形微粒。由於四氧化三鐵或三氧化二鐵兩者均為自然磁鐵,這意味著SPIONs可以被永磁體吸引。超順磁性磁鐵顆粒小於臨界尺寸時具有單疇結構。一般將超順磁性磁鐵顆粒分類為:50~180 nm的SPIONs,10~50 nm的超小型超順磁性氧化鐵納米粒子(USPIONs),小於10 nm的超順磁性氧化鐵納米粒子(VSPIONs),通過聚合作用給磁性微球表面增添不同功能基團如-C00H、-OH等,也可共價結合酶、細胞、抗體等生物活性物質,磁珠便被賦予了多種活性功能,即形成多種性質磁珠。

當超順磁性材料的尺寸減小至一定程度後,如納米級,可稱為磁性納米材料,並具有單疇結構;當材料的尺寸小於臨界尺寸(一般為20 nm)時,磁性納米材料的磁自旋將無序排列,呈現超順磁性,表現為其在交變磁場作用下,會被迅速磁化,並可隨著磁場發生定向移動,而磁場一旦撤去後,其磁化強度又降為零,即在無外加磁場下,其並不表現出磁性。這使磁性納米材料具有良好的可操作性,而其較弱的磁相互作用也使其可在適當修飾後獲得良好的分散性。此外,在結合了某些藥物後,可通過外加磁場使其到達靶向位置,起到靶向治療的效果。

前沿研究

目前有關SPIONs物理化學特性對其在體內代謝行為的影響了解還不夠充分,利用同位素示踪技術觀測SPIONs在小鼠體內的分佈。實驗得到的主要結果如下

  1. SPIONs的主要靶器官為肝臟和脾臟,並富集於肝脾巨噬細胞的溶酶體中。在肝臟和脾臟中會在短期引起不同程度的氧化損傷, 但均在第7天恢復到正常水平, 但均未造成明顯的器質性損傷。 
  2. 採用兩種不同標記方式( 64 Cu和59 Fe)得到的放射性SPIONs代謝方式相似,主要隨糞便排泄出體外,其次是尿液。尾靜脈注射的放射性SPIONs半小時內被從血液中清除,而離子對照組的清除速度較慢且清除率較低。(3)在註射納米顆粒7天后的巨噬細胞中,吞噬了大量SPIONs的溶酶體周圍存在鐵蛋白受體,說明部分被溶酶體降解的鐵離子通過與鐵蛋白的結合參與到體內鐵代謝過程中。

目前,在疫苗研發和生產領域,納米磁珠除了用於mRNA和DNA的純化外,還被越來越多應用於疫苗通向人體的傳送系統。例如,已經有科學家研究利用鐵蛋白(一種幾乎在所有生物中都存在的蛋白質)製成的納米顆粒,向人體輸送新冠病毒S蛋白片段作為抗原。研究人員在雪貂模型上測試了這種疫苗,結果所有接種疫苗的雪貂都產生強中和抗體,並且獲得比對照組了更強的保護效力。另外在DNA疫苗研究方面,也已經有不少利用超級磁性納米顆粒傳輸DNA研究。也有講siRNA通過磁性納米可以導入體內進行艾滋疫苗研究的報導。

SPIONs是通過結合抗癌藥物、基因、多肽、放射性核素、抗炎藥等來實現靶向傳遞的一種納米級系統,具有廣泛的應用前景。大量的納米級材料均可運用到載藥系統中,包括微膠粒、脂質體、聚合物囊泡、納米顆粒和樹狀大分子或聚合物。自從發現SPIONs可被定位後,其被認為是一種很有效的納米載體。SPIONs-藥物複合體經註射後進入血液循環,可通過在腫瘤區域施加外加磁場來使其在靶向區域積聚;同時還可通過MRI顯像來證實藥物是否到達目標位置。在外界磁場的作用下,負載藥物的SPIONs可迅速到達靶向位置或病變區域,並通過擴散、溶解、內吞作用、溶酶體裂解等方式釋放藥物。還有些藥物傳遞系統通過pH值、溫度、滲透壓和酶活性變化來智能地控製藥物釋放速度和釋放量。其主要原理為:藥物一般是通過共價鍵或離子鍵結合到磁性納米顆粒表面,要想把藥物釋放至靶向位置,連接磁性納米顆粒和藥物之間的鍵必須斷裂,而這些共價鍵或離子鍵的斷裂可通過外部刺激方式如pH值、溫度、酶活性和滲透壓的變化來觸發。

毒性與副作用

SPIONs可通過人體內生的鐵代謝途徑進行降解,被釋放的鐵首先在肝臟代謝,然後被用於紅細胞合成或通過腎臟排出人體外。儘管SPIONs在低質量濃度下一般是安全的,但有研究結果表明SPIONs會阻滯細胞週期的G0和G1期。Mahmoudi等發現,經SPIONs干預的細胞內有氣體小泡存在且細胞顆粒度增加,提示SPIONs具有使細胞進行自我吞噬的毒性。

在新冠疫苗的研究中,在今年三月發表的文章中,將PEG化葡聚醣包覆的超級磁性氧化鐵納米粒子(SPION)將會是一個非常有前途的傳輸系統。目前推測,注射疫苗後產生血栓除了和S蛋白對血管內皮習慣的損害有關外,磁性納米粒子通過磁性聚集血液中的鐵蛋白造成血栓也是一個可能的因素,另外,如果mRNA純化後磁珠粒子沒有去除,或者磁珠納米粒子被脂質包裹形成的傳輸系統在進入細胞後,也可能由於其結構和電荷的特殊性使得mRNA不能被降解,因此mRNA能持續不斷的產生刺突蛋白對機體造成損害推理也有一定的合理性。總之,隨著疫苗副作用的發酵和各類研究的深入,疫苗的真相終會被解開,脂類納米粒子和磁性納米粒子是否和如何被用於疫苗中,一定會給公眾和受害者一個答案。


編輯、發布:文非

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Just enjoy the interesting article of Gnews! 6月 12日