一种织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机和可穿戴设备中的应用

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1.本发明涉及肿瘤的技术领域，具体涉及一种织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机和可穿戴设备中的应用。

背景技术：

2.近年来，通过电刺激直接杀伤肿瘤细胞和增强免疫，被认为是临床上实现非药物复杂恶性肿瘤的可行方案。它具有消融时间短、无热沉积效应、实时监测、组织选择性等诸多优点，同时也避免了过程中对血管、神经等重要结构造成不可逆损伤的风险。临床证明，高压脉冲电刺激可对肿瘤细胞造成永久性损伤，产生直接的细胞杀伤作用。此过程不会损伤血管等重要生物组织结构，使免疫细胞可以随血管和淋巴管迁移到肿瘤中，从而实现电刺激和免疫的结合，这对于抑制肿瘤至关重要。有报道称，电刺激的肿瘤细胞死亡可从非免疫原性转变为免疫原性，介导机体的抗肿瘤免疫反应，即免疫原性细胞死亡(icd)，从而导致大量肿瘤抗原和损伤相关模式分子(damp)被释放，吸引树突状细胞在肿瘤部位募集。树突状细胞吸收肿瘤抗原后，迁移到肿瘤引流淋巴结(tdlns)，向t细胞的呈递抗原，从而激活t细胞介导的适应性免疫反应。然而，传统电刺激疗法通常需要昂贵且笨重的设备，且过程中的极高电压增加了操作风险，限制了它们的便携性、安全性。
3.摩擦纳米发电机(teng)是一种理想的可穿戴和可植入生物医学设备电源，它通过摩擦起电和静电感应的耦合效应将生物机械能转化为电能。近年来，teng已被应用于药物输送、伤口修复等医学领域。最近，通过耦合摩擦起电效应和静电击穿效应产生脉冲直流(dc)的摩擦纳米发电机(dc-teng)被成功研制，它在电刺激辅助的肿瘤消融中具有巨大潜力。首先，dc-teng可以产生与传统肿瘤电刺激辅助疗法类似的脉冲直流电；其次，dc-teng可以用柔性材料(如纺织品)制造，并且很小尺寸就能产生足够强的电流，有望成为微型可穿戴肿瘤设备；最后，dc-teng具有安全性，可以避免传统高压电源的操作风险。然而，目前尚未由基于dc-teng的肿瘤电刺激疗法被发明。
4.因此，发明一种将直流摩擦纳米发电机产生的脉冲直流电用于实体肿瘤的新疗法，对于临床上不可切除的原发灶肿瘤来说至关重要，同时，也能够为小型化可穿戴肿瘤系统提供了一种高效、经济、安全的解决方案。

技术实现要素：

5.针对临床肿瘤领域的紧迫性，本发明提出一种将直流摩擦纳米发电机产生的脉冲直流电用于实体肿瘤的电免疫疗法，将其命名为“摩擦电免疫疗法”。该方法利用一个小型织物直流摩擦纳米发电机(direct current fabric triboelectric nanogenerator for biomotion energy harvesting.acs nano 2020,14,4585-4594)产生的脉冲直流电，直接诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡。在此过程中产生的一系列损伤
非导电纱线，4-第一导电纱线电极，5-第二导电纱线电极，6-摩擦层，7-电刺激针，8-肿瘤。
22.图4是织物dc-teng运行期间的短路电流。
23.图5是织物dc-teng运行期间的开路电压。
24.图6是织物dc-teng运行期间的短路电荷转移。
25.图7是在不同孵育时间下织物dc-teng运行产生的电刺激对4t1细胞的细胞存活率，control为未经过任何处理的对照组。
26.图8是织物dc-teng电刺激下由4t1细胞表达的钙网蛋白(绿荧光)荧光显微镜图像，control为未经过任何处理的对照组，power为进行电刺激后的实验组。进行电刺激后钙网蛋白暴露在4t1细胞的表面。
27.图9是织物dc-teng电刺激下由4t1细胞表达的高迁移率组框1(红荧光)荧光显微镜图像，control为未经过任何处理的对照组，power为进行电刺激后的实验组。进行电刺激后高迁移率组框1从4t1细胞的细胞核迁移到细胞外。
28.图10是织物dc-teng电刺激下肿瘤切片的h&e染图像，黄箭头指示了血管的位置。
29.图11是织物dc-teng电刺激下肿瘤切片的cd11c
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免疫荧光染图像，control为未经过任何处理的对照组，power为进行电刺激后的实验组。进行电刺激后cd11c
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的红荧光大量出现在肿瘤切片中。
30.图12是织物dc-teng电刺激下肿瘤切片的cd4
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和cd8
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免疫荧光染图像，control为未经过任何处理的对照组，power为进行电刺激后的实验组。进行电刺激后cd4
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的红荧光和cd8
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的绿荧光大量出现在肿瘤切片中。
31.图13是织物dc-teng摩擦电免疫疗法14天内荷瘤小鼠的肿瘤大小，control为未经过任何处理的对照组，power为进行电刺激后的实验组。进行电刺激后小鼠的肿瘤尺寸生长减慢。
具体实施方式
32.下面通过以下非限制性实施例对本发明做进一步详细的描述，应当理解的是，这些实施例仅是一些优选的技术方案，权利要求书请求保护的范围，并不局限于以下实施例。
33.实施例1实现摩擦电免疫疗法的织物直流摩擦纳米发电机(dc-teng)装置的制备所述的织物dc-teng装置包括织物主体、摩擦层6、电极，其结构示意图如图1-3所示。
34.所述的织物主体主要由非导电纱线和导电纱线编织而成，其中，非导电纱线为锦纶尼龙66纱线，导电纱线为镀银涂层尼龙66纱线。织物主体的结构见图1-2，包括第一导电纱线1、第二导电纱线2、非导电纱线3，第一导电纱线1、第二导电纱线2分别作为摩擦电极、击穿电极。第一导电纱线1、非导电纱线3、第二导电纱线2、非导电纱线3以交替的方式平行布置。非导电纱线3位于第一导电纱线1和第二导电纱线2中间，使得第一导电纱线1与第二导电纱线2相互隔开，并彼此绝缘。
35.所述的摩擦层6为聚四氟乙烯(ptfe)膜。织物主体放置在摩擦层上往复滑动能够产生脉冲直流电。织物主体的第一导电纱线1(摩擦电极)与摩擦层6接触、第二导电纱线2与摩擦层6分离一段很小的间距(小于1mm)，用于收集第二导电纱线(2)发生形变时产生的异种电荷。
36.所述的电极包括第一导电纱线电极4和第二导电纱线电极5，第一导电纱线1与第一导电纱线电极4相连并互相导通，第二导电纱线2与第二导电纱线电极5相连并互相导通。第一导电纱线电极4和第二导电纱线电极5也为镀银涂层尼龙66纱线。
37.将所述的织物dc-teng装置用于肿瘤时，在第一导电纱线电极4和第二导电纱线电极5的末端连接电刺激针，电刺激针插入肿瘤部位。所述的电刺激针为不锈钢针灸针，直径为0.1mm。
38.本实施例中，所述的织物的尺寸6.8cm
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7cm，导电纱线长度6.8cm，导电纱线数量为8。
39.经测试，本实施例的织物dc-teng在聚四氟乙烯膜上按速度为10m/s、滑动距离为50mm的条件进行往复滑动10min，运行期间的短路电流达到每个周期约9μa(图4)，开路电压达到每个周期约8000v(图5)、电量达到每个周期约0.94μc(图6)。
40.实施例2织物dc-teng摩擦电免疫疗法用于小鼠4t1细胞的杀伤
41.应用实施例1中的织物dc-teng。培养4t1细胞，以1
×
106cells/ml注入电穿孔杯，将dc-teng的两个导电纱线电极连接到电击杯的两端，按实施例1中的条件进行往复滑动，电刺激10分钟后，按4
×
103cells/孔转移到96孔板中继续培养12h、24h、48h后，加入mtt染料，通过酶标仪测定细胞的存活率，存活率图如图7所示，随着孵育时间的延长，4t1细胞的存活率逐渐下降，证明了织物dc-teng产生的电刺激对肿瘤细胞的有效杀伤。
42.实施例3织物dc-teng摩擦电免疫疗法用于小鼠4t1细胞的免疫原性细胞死亡(icd)诱导
43.应用实施例1中的织物dc-teng。培养4t1细胞，以1
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106cells/ml注入电穿孔杯，将dc-teng的两个导电纱线电极连接到电击杯的两端，按实施例1中的条件进行往复滑动，电刺激10分钟后，按照1
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105cells/孔的细胞密度转移到共聚焦小皿中继续培养24h后，加入钙网蛋白染料和hmgb1染料，染后吸取培养溶液，在共聚焦成像显微镜下观察荧光成像，暗场下的蓝荧光标记了细胞核的位置，绿的荧光标记了细胞表面的钙网蛋白(图8)，红荧光标记了细胞表面的高迁移率组框1(hmgb1)(图9)，叠加场显示荧光在细胞外证明了织物dc-teng产生的电刺激对肿瘤细胞的有效杀伤。
44.实施例4织物dc-teng摩擦电免疫疗法用于4t1荷瘤小鼠的肿瘤
45.用4t1乳腺癌细胞株建立balb/c小鼠乳腺癌模型，当小鼠肿瘤长到100mm3左右时，应用实施例1中的织物dc-teng进行。织物teng接上电刺激针，电刺激针插入到肿瘤中，两个电刺激针在肿瘤中的间距为3mm，织物teng按实施例1中的条件进行往复滑动，向肿瘤施加脉冲电流10min，对小鼠进行。如图10所示电刺激组的肿瘤细胞出现了明显的凋亡现象，但血管都保持完整的结构，证明织物dc-teng的电脉冲不会损伤血管。这个特性允许树突细胞在电刺激后跟随血液流向肿瘤部位，显著增加肿瘤中树突状细胞的浸润(图11)，可促进t细胞活化为具有高细胞毒性的cd4
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和cd8
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t细胞，并沿血管浸润到肿瘤组织中(图12)，激活适应性免疫系统对抗肿瘤，显著抑制了小鼠肿瘤的生长(图13)。
46.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机中的应用，其特征在于：所述的织物主要由非导电纱线和导电纱线编织而成，其包括第一导电纱线、第二导电纱线、非导电纱线；第一导电纱线、非导电纱线、第二导电纱线、非导电纱线以交替的方式平行布置。2.根据权利要求1所述的织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机中的应用，其特征在于：所述的非导电纱线为锦纶尼龙66纱线，导电纱线为镀银涂层尼龙66纱线。3.根据权利要求1所述的织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机中的应用，其特征在于：所述的抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机包括所述的织物、摩擦层、电极、电刺激针；所述的织物放置在摩擦层上，织物的第一导电纱线与摩擦层接触、第二导电纱线与摩擦层分离一段小于1mm的间距；所述的电极包括第一导电纱线电极和第二导电纱线电极，织物的第一导电纱线、第二导电纱线分别与第一导电纱线电极、第二导电纱线电极相连并互相导通；所述的电刺激针连接在织物的第一导电纱线电极和第二导电纱线电极的末端。4.根据权利要求3所述的织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机中的应用，其特征在于：所述的摩擦层为聚四氟乙烯ptfe膜。5.根据权利要求3所述的织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机中的应用，其特征在于：所述的电刺激针的直径为0.1mm。6.权利要求1中所述的织物或抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机在制备抑制肿瘤的可穿戴设备中的应用。

技术总结

本发明公开了一种织物在制备抑制肿瘤的直流摩擦纳米发电机和可穿戴设备中的应用，属于肿瘤的技术领域。所述的织物包括第一、第二导电纱线、非导电纱线；导电纱线、非导电纱线以交替的方式平行布置。所述的直流摩擦纳米发电机包括所述织物、摩擦层、电极、电刺激针；所述的织物放置在摩擦层上，织物的第一导电纱线与摩擦层接触、第二导电纱线与摩擦层分离一段小于1mm的间距；所述的电极分别与第一、第二导电纱线相连并互相导通；所述的电刺激针连接在电极的末端。该直流摩擦纳米发电机产生的脉冲电刺激可以直接诱导肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡，增加肿瘤部位的树突状细胞浸润并向T细胞呈递抗原，激活T细胞介导的抗肿瘤免疫。激活T细胞介导的抗肿瘤免疫。激活T细胞介导的抗肿瘤免疫。