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药物“纳米车”精准摧毁癌细胞
2017年02月08日 10:53   来源:文汇报  

  在杀死癌细胞的同时,也会将正常细胞一起杀死,这是传统化疗的一大弊端。能不能让化疗药物在进入癌细胞之后,再释放毒性,进行“定向爆破”? 日前,中科院上海硅酸盐研究所施剑林研究员带领的团队初步实现了这一构想。

  有统计显示,70%以上接受化疗的癌症患者最后死于药物的毒性或癌细胞对药物的耐药性。是否可以使用对正常细胞和组织无毒的纳米材料或分子,让这些材料或分子进入肿瘤后才产生毒性? 一开始,课题组采用的策略是用光动力学疗法,这是目前该领域的研究热点。它利用无毒的光敏剂,在紫外线或可见光的作用下,产生有毒的活性氧物种 (ROS),以此杀死癌细胞。

  可课题组马上碰到了很多关键而棘手的问题:ROS寿命短,只有200纳秒;扩散距离短,仅20纳米;而且,紫外线、可见光几乎不能穿透皮肤和组织等。如此看来,这种方法几乎没有临床应用价值。

  怎样才能克服这些致命缺点? 施剑林想到了自己做了很多年的老本行———有“分子药物运输车”之称的细胞核靶向药物输运策略,他们曾在国际上最早实现这一方法。

  科学家设计出了一种纳米尺寸的闪烁颗粒/半导体核壳,这种光敏材料在被X射线照射时,半导体颗粒就能直接氧化水分子,产生ROS类物质。这种方法既避免了紫外和可见光的穿透深度问题,又不需要消耗氧组分,使得肿瘤治疗可以持续产生疗效。

  “这克服了ROS寿命短、扩散距离短的问题,实现了在极低的光照条件下有效抑制肿瘤生长的目的。”施剑林说。

  还有没有更简单的路径? 该团队又想到了超声作为刺激源。

  超声在临床上普遍使用,无毒无害且几乎没有穿透深度限制。课题组将无毒的金属卟啉分子装载入介孔有机硅纳米颗粒的孔道内。这种纳米颗粒同样无毒,且具有优异的生物相容性。

  这辆“分子运输车”不仅可以运输药物,还可实现治疗过程的监控:当这些颗粒被肿瘤吞噬后,加上一个简单的外部超声作用,其中的卟啉分子就会分解释放出ROS和金属离子。ROS杀死癌细胞,而特定的金属离子则可用于肿瘤部位的磁共振成像,方便医生对治疗过程进行监控和评估。

  科学家的“脑洞”不止于此。他们还想寻找更简便的方法———能否不使用任何外源的响应刺激,而只是利用肿瘤内源性的特异微环境,让肿瘤自己产生足以杀死自己的ROS?

  于是,继超声驱动之后,施剑林团队又提出了化学动力学的肿瘤治疗概念,这是一次跨学科的尝试。在环境科学中,有一种芬顿反应,可以利用铁离子的催化作用产生ROS,实现有机污染物的降解。要知道,大多数实体肿瘤会大量高表达过氧化氢,能否用芬顿反应来产生ROS,杀灭癌细胞呢?

  可惜的是,肿瘤内表达过氧化氢的量还是太低,不足以有效启动芬顿反应,产生足够杀死癌细胞的ROS。为此,科学家们合成了一种奇特而新颖的软铁磁性非晶铁纳米颗粒,它在肿瘤细胞间质的微弱酸性环境下,可立即迅速解离释放大量亚铁离子。接着,亚铁离子可歧化瘤内累积的过氧化氢而产生大量羟自由基,由此引发肿瘤细胞的一系列氧化损伤,最终让癌细胞凋亡。(文汇报记者 许琦敏

注:请在转载文章内容时务必注明出处!   编辑:王丹沁

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