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藥物“納米車”精準摧毀癌細胞

作者:宋檢 時間:2022-11-25 來源:互聯(lián)網

在殺死癌細胞的同時,也會將正常細胞一起殺死,這是傳統(tǒng)化療的一大弊端。能不能讓化療藥物在進入癌細胞之后,再釋放毒性,進行“定向爆破”?日前,中科院上海硅酸鹽研究所施劍林研究員帶領的團隊初步實現(xiàn)了這一構想。

有統(tǒng)計顯示,70%以上接受化療的癌癥患者*后死于藥物的毒性或癌細胞對藥物的耐藥性。是否可以使用對正常細胞和組織無毒的納米材料或分子,讓這些材料或分子進入腫瘤后才產生毒性?

一開始,課題組采用的策略是用光動力學療法,這是目前該領域的研究熱點。它利用無毒的光敏劑,在紫外線或可見光的作用下,產生有毒的活性氧物種(ROS),以此殺死癌細胞。

可課題組馬上碰到了很多關鍵而棘手的問題:ROS壽命短,只有200納秒;擴散距離短,僅20納米;而且,紫外線、可見光幾乎不能穿透皮膚和組織等。如此看來,這種方法幾乎沒有臨床應用價值。

怎樣才能克服這些致命缺點?施劍林想到了自己做了很多年的老本行——有“分子藥物運輸車”之稱的細胞核靶向藥物輸運策略,他們曾在國際上*早實現(xiàn)這一方法。

科學家設計出了一種納米尺寸的閃爍顆粒/半導體核殼,這種光敏材料在被X射線照射時,半導體顆粒就能直接氧化水分子,產生ROS類物質。這種方法既避免了紫外和可見光的穿透深度問題,又不需要消耗氧組分,使得腫瘤治療可以持續(xù)產生療效。

“這克服了ROS壽命短、擴散距離短的問題,實現(xiàn)了在*低的光照條件下有效抑制腫瘤生長的目的。”施劍林說。

還有沒有更簡單的路徑?該團隊又想到了超聲作為刺激源。

超聲在臨床上普遍使用,無毒無害且?guī)缀鯖]有穿透深度限制。課題組將無毒的金屬卟啉分子裝載入介孔有機硅納米顆粒的孔道內。這種納米顆粒同樣無毒,且具有優(yōu)異的生物相容性。

這輛“分子運輸車”不僅可以運輸藥物,還可實現(xiàn)治療過程的監(jiān)控:當這些顆粒被腫瘤吞噬后,加上一個簡單的外部超聲作用,其中的卟啉分子就會分解釋放出ROS和金屬離子。ROS殺死癌細胞,而特定的金屬離子則可用于腫瘤部位的磁共振成像,方便醫(yī)生對治療過程進行監(jiān)控和評估。

科學家的“腦洞”不止于此。他們還想尋找更簡便的方法——能否不使用任何外源的響應刺激,而只是利用腫瘤內源性的特異微環(huán)境,讓腫瘤自己產生足以殺死自己的ROS?

于是,繼超聲驅動之后,施劍林團隊又提出了化學動力學的腫瘤治療概念,這是一次跨學科的嘗試。在環(huán)境科學中,有一種芬頓反應,可以利用鐵離子的催化作用產生ROS,實現(xiàn)有機污染物的降解。要知道,大多數(shù)實體腫瘤會大量高表達過氧化氫,能否用芬頓反應來產生ROS,殺滅癌細胞呢?

可惜的是,腫瘤內表達過氧化氫的量還是太低,不足以有效啟動芬頓反應,產生足夠殺死癌細胞的ROS。為此,科學家們合成了一種奇特而新穎的軟鐵磁性非晶鐵納米顆粒,它在腫瘤細胞間質的微弱酸性環(huán)境下,可立即迅速解離釋放大量亞鐵離子。接著,亞鐵離子可歧化瘤內累積的過氧化氫而產生大量羥自由基,由此引發(fā)腫瘤細胞的一系列氧化損傷,*終讓癌細胞凋亡。

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