磁振造影(MRI)是診斷癌症常用的工具，但是對於深層器官還是有其限制，尤其肝臟會吸收鐵離子，使得以鐵為基底的顯影劑，有失精準。而現今臨床上使用的釓類顯影劑(Gd3+)，則會在人體堆積，產生重金屬毒性，規範一年只能使用一次。
中研院基因體研究中心蕭宏昇老師實驗室嘗試改良顯影劑的介質，設計出一種新型複合材料，使用蒙脫石(MMT)作為鐵鉑奈米顆粒(FePt NPs)的載體。片狀結構的蒙脫石層層堆疊，並將鐵鉑粒子放置在夾層中間，讓鐵鉑粒子乖乖的排列整齊，提升整體磁通量，以改善MRI影像診斷的敏感度及正確性。這項成果發表在Journal of Nanobiotechnology期刊。
過去蕭宏昇實驗室以三明治複合結構的概念出發，將鐵鉑奈米粒子(FePt NPs)夾在兩片高嶺土中，設計出新穎的鐵鉑奈米複合材料FePt@Kao，用來改善MRI對肝臟成像的靈敏度，但是受限於高嶺土材料的特性，堆疊形成的晶格間距對於鐵鉑奈米粒子仍然太大，限制了磁導效能，研究團隊決定尋找出更合適的材料。
因此，蕭老師實驗室與北科大魏大華教授、北醫陳志榮醫師合作，篩選出更適合做為顯影劑基底的材料―蒙脫石。蒙脫石是一種陶瓷纖維材料，使用介面活性劑CTAB同時具有親水與疏水端的性質，如同刀子般將蒙脫石一片片切下，將其加工成為更加輕薄的奈米材料。
魏大華教授表示，層狀蒙脫石結構可以用於吸附奈米顆粒，再將其一層層堆疊。兩張薄片形成的晶格間距為1-2 nm，剛好吻合鐵鉑奈米粒子的顆粒大小。被擠壓在蒙脫石夾層中、形成單層整齊排列的奈米粒子，一旦施予磁場，就能因為快速統一磁矩方向而產生較高的磁通量，相較散落且方向不一的鐵鉑奈米粒子，經過處理的FePt@MMT奈米複合材料，磁通量高出175%，明顯改善MRI顯影效果。
為使該複合材料能有機會應用於未來醫學研究，研究團隊以肝癌小鼠做為研究模型，將FePt@MMT當作顯影劑透過靜脈注射到小鼠體內，發現FePt@MMT可以更有效地被引導到肝組織，累積在癌細胞的位置，經由MRI的影像掃描，捕捉到沉積在肝癌細胞奈米粒子的訊號，呈現出較深的顏色，讓癌細胞無所遁形。
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| 觀察原位SKHep1肝癌小鼠模型對FePt@MMT複合材料的體內反應，MRI T2加權成像和橫向圖像顯示，將100μL FePt@MMT混合於生理食鹽水溶液（濃度為2.5/10 mg/mL）後，以靜脈注射方式到小鼠體內。可以從黃色區域捕捉肝癌細胞之MRI影像。 |
不僅於此，陳志榮醫師表示該複合材料可更進一步作為載體，「我們設計把藥物放入其中，嘗試開發複合性醫療用途。」FePt@MMT夾層所具有多孔洞的特性，就像海綿一樣具有吸收力，研究團隊用其承載治療肝癌的化療藥物米托蒽醌(Mitoxantrone, MIT)。藉由磁力的引導，將奈米粒子送至目標位置，吸附在孔洞上的化療藥物逐漸釋放出來，達到治療的目的。不僅讓藥物精準達到指定器官，用藥效率的提升亦可使藥量降低至原來的八成，減少化療藥物對身體的負擔。
而在複合治療方面，磁熱療(magnetic hyperthermia)則是FePt@MMT提供出的另一項亮點。一般而言，升溫至41℃以上便足以殺死癌細胞。當通磁時間增加，夾層材料中鐵鉑奈米顆粒之高度磁共振可使環境溫度升高，FePt@MMT所產生的最高溫度可以達到55℃，間接「高溫燒灼」四周的癌細胞，阻擋癌細胞轉移。
研究團隊經由動物實驗，將兩種肝癌細胞SKHep1與HepG2分別植入小鼠體內，運用FePt@MMT搭載化療藥物MIT，以磁力將FePt@MMT-MIT引導到肝臟，MIT化療藥物毒殺肝癌細胞，也同時升溫以啟動磁熱療。MRI影像長時間追蹤觀察，複合治療有效抑制腫瘤的成長，而且透過組織切片染色可以觀察到磁熱療的位置，明顯出現燒灼後之空洞痕跡，顯示兩者相乘，達到更好的治療效果。
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| 以非侵入式影像系統(IVIS)觀察原位SKHep1肝癌小鼠模型。圖a中IVIS結果顯示腫瘤受到不同奈米複合材料的處理，包括對照組、化療藥物MIT與FePt@MMT-MIT組。可以觀察到FePt@MMT-MIT具有最明顯的治療效果。而從圖b肝臟視覺圖與圖c肝臟IVIS分析檢測小鼠肝臟器官，不同治療組的腫瘤生長評估可驗證前述結果。圖d中H&E染色結果則可觀察到腫瘤組織受到FePt@MMT-MIT的生長抑制，黃色箭頭顯示熱殺過程產生的空洞痕跡。 |
論文第一作者詹明賢博士與共同第一作者呂芷甯同學表示，開啟這項研究最初的目的，就是想要建立出一個兼具診斷和治療的多功能奈米材料平台。現在，癌症治療不再依賴單一細胞毒殺作用，而是傾向雞尾酒療法，以個人需求為導向，聯合不同的治療方式與工具，達到更好的療效。FePt@MMT同時兼具影像定位、搭載藥物以及磁熱療多方位功能，未來應用在個人化的精準醫療上，潛力相當值得期待。
論文全文<Magnetically Guided Theranostics: Montmorillonite-Based Iron/Platinum Nanoparticles for Enhancing in Situ MRI Contrast and Hepatocellular Carcinoma Treatment>，詳見：https://jnanobiotechnology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12951-021-01052-7