神经胶质瘤是神经系统矫治细胞和神经元细胞的肿瘤的统称，是颅内最常见的恶性肿瘤，占颅内肿瘤的40%-50%。脑胶质瘤按肿瘤细胞在病理学上的恶性程度，可以进一步分类：
（1）低级别胶质瘤（WHO1～2级）为分化良好的胶质瘤；虽然这类肿瘤在生物上并不属于良性肿瘤，但是患者的预后相对较好。
（2）高级别胶质瘤（WHO3～4级）为低分化胶质瘤；这类肿瘤为恶性肿瘤，患者预后较差。
治疗手段：手术切除实质性肿瘤组织时治疗的第一步，之后患者在进行放化疗治疗，目前，替莫唑胺是治疗胶质瘤惟一有明确疗效的化疗药物。
预后：经过综合治疗后，低级别胶质瘤（WHO1～2级）患者的中位生存期在8～10年之间；间变胶质瘤（WHO3级）患者的中位生存期在3～4年之间；胶质母细胞瘤（WHO4级）患者的中位生存期在14.6～17个月之间。胶质瘤很难根治，往往会复发。在肿瘤复发后，根据患者的功能状况，可以考虑再次手术、放疗、化疗等治疗。
如何更有效的提高患者预后存活时间，抑制胶质瘤细胞的侵袭与复发是目前基础研究的热点。
近日，北京纳米能源所王中林团队在advanced materials杂志发表了Self-powered, Implantable, and Wirelessly-Controlled NO Generation System for Intracranial Neuroglioma Therapy 的基础研究。
在本研究中该团队报道了一种可植入设备，该设备由自供电摩擦电纳米发电机(TENG)和植入式一氧化氮(NO)释放装置组成的自供电和无线控制气体治疗系统，用于颅内神经胶质瘤的辅助治疗。
在该系统中，通过TENG将身体运动的机械能转化为电能，作为一种可持续的、自我控制的电源。通过无线控制点亮LED灯进而使s-亚硝基谷胱甘肽(GSNO)释放NO气体，局部杀死胶质瘤细胞。
图.基于TENG的自供电NO气体治疗系统治疗颅内胶质母细胞瘤示意图
植入治疗研究：早在2018年，美国霍普金斯大学的Brem研究组用卡莫司汀（BCNU）缓释剂植入手术残腔治疗胶质瘤，填补了术后至放疗开始的2周空档期，可提高治疗胶质瘤的疗效。后经FDA批准上市。
气体治疗研究：气体治疗被称为化疗方法的替代性方法，研究的气体包括NO、CO、SO2和H2S，已被用于抑制癌细胞生长的基础研究。NO是第一个被认为是生物介质的气体传递体，在调节生理和病理生理活动等方面起着最重要的作用，高浓度NO (>1 μM)可通过多种途径直接杀死癌细胞。本文选择以NO为治疗气体进行后续研究。
1. 自供电，可穿戴，可拉伸的单电极TENG
A) TENG详细制作工艺示意图；以丙烯酸盒(315 mm × 65 mm)为模具，制备了中空结构硅橡胶胶囊。将硅橡胶从丙烯酸模中脱模。将两片完全相同的硅橡胶面对面贴在一起形成一个空腔，在两端插入铜线。最后，用注射器将LiCl液体电极注入腔内，用另一注射器将腔内残留的空气抽出，得到的TENG的整个厚度范围为3 ~ 4mm；
B) TENG示意图和制备好的TENG在不同状态(包括正常、折叠和拉伸)下的照片；
C) TENG的一个循环发电过程；硅橡胶是一种相对于人体皮肤的电负性摩擦电材料，当皮肤与硅橡胶接触时，电子从皮肤转移到硅橡胶表面，随着皮肤与硅橡胶距离的增加，橡胶表面的负电荷进一步诱导LiCl电解液中的正电荷，驱动自由电子从LiCl流向参比电极；当皮肤再次接近硅橡胶时，LiCl中的诱导正电荷减少，电子从参比电极流向LiCl，直到皮肤与硅橡胶再次完全接触，产生反向输出信号。这是一个完整的发电循环过程；
D) 利用COMSOL进行有限元模拟，分析摩擦过程中的电位分布；
E) Isc和F) Voc；开路电压(Voc)峰值约为395V，当手指运动频率为1Hz时，短路电流(Isc)达到~2.3 μA；
G) 1800秒内TENG的Voc输出稳定性，插图显示Voc在20秒内；在摩擦1800次后Voc值稳定在~401V；
H) 输出电流和电压随外部负载电阻的变化；在非均匀应变速率下，TENG能保持稳定的输出。还测试了TENG在不同负载电阻下的电流、电压和功率密度的变化；
I) 输出功率随外部负载电阻的变化；负载电阻从1 KΩ增加到1GΩ时，输出电流降低，输出电压相应增加。在匹配电阻200 MΩ时， TENG产生的最大功率达到680μW，对应的功率密度为30.35 mW m-2。
J) 以TENG为电源为蓝色LED供电的自充电电源系统的等效电路；作者进一步组装了一个以TENG为电源的自充电电源系统。通过人的手臂弯曲驱动TENG，通过电源管理组装纽扣电池(3v, 18mah)或电容，形成自充电电源系统；
K) 连接电源的电容器的充放电曲线，插图显示的是电源可以驱动电子手表；60s的能量收集可以驱动电子手表运行20s；
L) TENG的按钮电池充电和M)放电曲线。TENG可以在12h内将纽扣电池从1.8V充电到2.5V，连续点亮LED 2h。
图. NO-LED的制备以及NO的释放性能示意图
A) NO-LED的制作工艺示意图；在聚合物PDMS预聚之前，将一个长3mm，宽1.5mm，高0.8mm的蓝色LED封装到含有光敏GSNO (10 mg mL-1)的PDMS基体中；
B) 在TENG电源自供电环境下NO-LED发光的照片；固化和脱模后得到最终尺寸为4*3.5*2.5mm的NO-LED器件，当NO-LED连接到基于TENG的自充电电源系统时，蓝色LED可以连续亮起(图3B)，波长455-465nm的蓝光可以进一步刺激GSNO，持续产生NO；
C) 整个治疗系统和电路配置的照片；
D) NO-LED和没有PDMS涂层的LED在模拟体液中浸泡不同时间的发光情况；NO-LED在模拟体液中浸泡21天，发光正常，说明PDMS具有良好的密封性能。相反，当LED封装不良好时，LED的发光性能会大大降低；
E) 通过TENG使NO-LED有和无光照射产生NO。插图显示了NO测定试剂盒在不同照射时间下的颜色变化；当NO-LED浸入无光照的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，30分钟内NO释放到介质中的量可以忽略不计。当LED的发光强度为0.3 mWcm-2时，NO不断产生并从PDMS基质扩散到PBS介质中，30 min内累计浓度达到27.4 μM；
F) 不同LED发光强度下30min NO产生；随着发光强度从0.3 mW cm-2增加到1.5 mW cm-2, 30 min内NO的生成也随之增加，从27.4 μM增加到76.6 μM，根据GSNO的摩尔质量计算，最高释放率为25.8%；
G) 不同条件(阴性对照、NO-LED装置、空白PDMS装置、阳性对照)下去纤维羊血的溶血率，该装置与去纤维羊血共孵育6h后，血液相容性好，溶血率低(1.53%)。
使用TENG为NO-LED供电，稳定性好，使用寿命长，供电时间长，无需定期更换，方便患者，依从性好。
该团队进一步研究了该系统对SD大鼠颅内C6胶质瘤的治疗能力，如下图所示。
实验设计：将大鼠分为4组(n=2): 1)对照组，2)PDMS-LED+TENG组，3)NO-LED组，4)NO-LED+TENG组。在肿瘤模型构建过程中术中植入NO-LED或伪PDMS-LED器件，以避免二次手术。
治疗方案：NO-LED植入以及手术缝合后，通过智能手机无线启动治疗。只进行一次刺激，持续30分钟。
图. 自供电TENG基NO气体设备治疗SD大鼠颅内C6胶质瘤
A) 癌症治疗的示意图及相关照片；
B) 治疗过程中大鼠的Micro-CT对比成像；左下四分之一的插图显示大鼠头骨的基本轮廓，右下角的插图显示去皮的脑瘤。各组右侧伪彩色图显示脑肿瘤密度分布；照片和伪彩色图像中的白色虚线表示颅内肿瘤的密度分布。NO-LED+TENG组随着时间的推移，肿瘤密度分布逐渐减小，说明肿瘤的恶性程度逐渐降低。肿瘤在第21天几乎看不见了，21天后大鼠存活良好，这表明自供电和无线控制的NO释放具有良好的抗癌作用；
C) 肿瘤组织的H&E组织病理学和Ki-67免疫组化染色；证实了基于自供电TENG的NO气体治疗具有高抑瘤效果；
D) 不同处理后小鼠的血常规和血液生化检查，治疗结束时，血常规及血液生化指标均未见明显异常，提示该疗法具有较高的生物相容性。
基于上述结果，基于TENG的自供电NO气体治疗设备实现了无线控制的光刺激和NO释放实现胶质瘤的治疗。体外和体内实验结果证实了该概念验证系统的有效治疗效果。在该系统中，TENG作为一种可穿戴的可持续能源供应装置，可以将人体运动的生物机械能转化为电能，无需更换电源。NO释放装置可在手术过程中局部植入，该系统可以预先定制的治疗方案，患者可以通过智能手机自主控制LED灯的开/关，从而控制NO的产生，以满足不同的治疗需求。
参考文献：
[1] 资料来源：百度健康医典-解放军总医院第五医学中心主任医师-段炼
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