Low frequency vibrating magnetic field-triggered magnetic microspheres with a nanoflagellum-like surface for cancer therapy

Abstract

Background The magneto-mechanical force killing cancer cells is an interesting and important strategy for cancer therapy. Results Novel magnetic microspheres composed of a Fe3O4 nanocore, a bovine serum albumin (BSA) matrix, and a rod-like SiO2 nanoshell, which had flagellum-like surface for force-mediated cancer therapy were developed. One such magnetic microsphere (Fe3O4/BSA/rSiO2) at a cancer cell (not leave the cell surface) under a low frequency vibrating magnetic field (VMF) could generate 6.17 pN force. Interestingly, this force could induce cancer cell to generate reactive oxygen species (ROS). The force and force-induced ROS could kill cancer cells. The cell killing efficiency of Fe3O4/BSA/rSiO2 exposed to a VMF was enhanced with increasing silica nanorod length, and the microspheres with straight nanorods exhibited stronger cell killing ability than those with curled nanorods. Fe3O4/BSA/rSiO2 triggered by a VMF could efficiently inhibit mouse tumor growth, while these microspheres without a VMF had no significant effect on the cell cycle distribution, cell viability, tumor growth, and mouse health. Conclusions These microspheres with unique morphological characteristics under VMF have great potential that can provide a new platform for treating solid tumors at superficial positions whether with hypoxia regions or multidrug resistance.

Bifunctional Magnetite–Gold Nanoparticles for Magneto-Mechanical Actuation and Cancer Cell Destruction

“…The magneto-mechanical effect provided by MNPs under low-frequency magnetic field exposure is a growing field of research in biomedicine. It can be used in regenerative medicine and tissue engineering [34], in biomedicine for enzyme activity and cell receptor control, as well as for mechanically activated drug release [9,35], and in cancer therapy [21,36,37]. Different types of MNPs have been designed for specified purposes.…”

Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles (SPION): From Fundamentals to State-of-the-Art Innovative Applications for Cancer Therapy

“…In their study, they found a synergistic cytotoxic effect arising from the combination of a chemotoxic and magneto–mechanical treatment (1 mT, 10 Hz). Guo found magnetic hybridized microparticles (i.e., Fe 3 O 4 /BSA/rSiO 2 ; Figure 6 ) with a flagellum-like surface as force-mediated cancer treatment [ 104 ]. The cell killing efficiency increased with increasing magnetic field frequency (≤3 Hz), vibrating magnetic field (VMF) exposure time (≤1.5 h), and microsphere concentration.…”

“…Fe 3 O 4 /BSA, Fe 3 O 4 /BSA/SrSiO 2 , Fe 3 O 4 /BSA/MrSiO 2 , Fe 3 O 4 /BSA/LrSiO 2 , and Fe 3 O 4 /BSA/CrSiO 2 are numbered ➀, ➁, ➂, ➃, and ➄, respectively. Reprinted from [ 104 ].…”

Зміни Жорсткості Та Морфологічні Особливості Карциносаркоми Уоркер-256 З Магнітними Наночастинками Під Впливом Постійного Магнітного Поля

“…Найнижче значення модуля Юнга в пухлині обумовлено застосуванням аплікатора з постійним магнітом, яке сприяло розподілу МНЧ в опроміненій ділянці за градієнтом ПМП [23] та подальшому захопленню МНЧ фагоцитами [24], їх евакуації разом з клітинним детритом [25]. По-друге, під впливом магнітної сили виникають локальні механічні зміни і підвищення концентрації активних форм кисню та азоту, що, у свою чергу, викликає порушення білкових і ліпідних клітинних структур, апоптоз та некроз у клітинах пухлини з МНЧ [26]. У раніше опублікованих роботах показано, що параметр жорсткості пухлин HBCx-3 моделі раку молочної залози людини у безтимусних мишей nude зменшувався зі збільшенням вираженості некрозу та, навпаки, зростав у разі переважання фіброзного заміщення тканин пухлини [27].…”