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上海科学家设计出多种纳米颗粒,可精准“杀死”肿瘤 发布时间:2018-04-11 来源:文汇报 访问量:

让药物直击肿瘤,不伤及“无辜”,是肿瘤治疗梦寐以求的境界。最近,中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林研究员和陈雨研究员在国际权威学术期刊《化学学会评论》上首次提出“纳米催化医学”的新概念——科学家设计出多种纳米颗粒,只有肿瘤所营造的特殊微环境,才能触发它的药性,杀死肿瘤,而在其他正常器官中则不会起效。

多年来,治疗肿瘤的药物往往只有约1%起到了杀死肿瘤细胞的作用,有七八成肿瘤病人最终死于耐药性和抗肿瘤药物的毒副作用。在过去十几年中,施剑林一直致力于研究“纳米药物运输车”,希望将更多药物能够定点送到病灶,可经过上百次实验之后,药物靶向输送的效率仍然不到10%。

能否让药物只在肿瘤中起作用呢?施剑林转变了研究思路,开始寻找新的纳米材料。“肿瘤由于生长迅速,会形成弱酸性等特殊微环境,我们可以利用它这种不同于正常体内环境的特性来进行催化。”施剑林说,在这一新思路下,他们在实验室寻找到了一种基本没有毒性的硅化镁纳米颗粒。

▲论文首页和概括性示意图:肿瘤微环境和外场触发的纳米粒子原位催化化学反应用于肿瘤特异性治疗

这种硅化镁颗粒直径约100纳米,能够通过静脉注射进入血液之后,到达全身。当进入肿瘤后,硅化镁会在肿瘤的酸性微环境下,发起化学反应,大量快速消耗肿瘤组织中的氧组分,让肿瘤“窒息”。与此同时,该化学反应的中间产物还可以堵塞血管,防止外部的氧分子、养分通过肿瘤血管系统前来“增援”。最后,所有的纳米颗粒还可以在一定时间后彻底降解。但不被触发的硅化镁颗粒则会在十几天后被人体代谢。小鼠实验显示,使用了硅化镁纳米颗粒之后,抑制肿瘤的有效率可达到80%以上。

随后,上硅所研究团队又合成了一种枝状介孔二氧化硅纳米粒子作为药物输运系统载体,在里面搭载一些反应催化剂和高活性有机酶。它进入肿瘤微环境时,就能产生高毒性的羟基自由基,杀死肿瘤细胞。该方法抑制肿瘤的有效率可超过86%。

“我们还尝试在体外激发纳米颗粒在瘤内的化学反应,让药物在特定部位起效。”施剑林说,他们让“纳米药物运输车”搭载无毒的金属卟啉分子到癌症病灶,再用超声激发肿瘤部位的卟啉分子产生大量单线态氧自由基,安全高效杀灭肿瘤。

▲基于纳米催化剂的连锁催化反应用于肿瘤治疗的示意图

基于这一系列工作,施剑林和同事在国际上率先提出了“纳米催化医学”的新概念。不过,施剑林坦言,目前该研究还处于实验室阶段,走向临床还需多方支持。“比如,纳米分子非常容易团聚,如果它们在体内团聚,就会堵塞血管。”他告诉记者,目前他们仅在实验室制备出了少量的不会团聚的纳米颗粒,如何实现工业级量产,还有待研究突破。同时,纳米颗粒的安全性评价、临床前研究,都需要大量经费投入,“希望有企业愿意与我们携手合作,推进纳米催化医疗向临床应用推进,造福肿瘤患者。”