癌癥作為目前全球主要致死原因之一,對患者、家庭和社會(huì)造成了巨大負(fù)擔(dān)。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展,各類新型納米材料為癌癥的治療提供了新的思路和方法。然而,目前圍繞納米材料的腫瘤治療研究仍主要基于對其物理性能的開發(fā),而對于納米材料在與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境相互作用時(shí)產(chǎn)生的生物活性則僅被認(rèn)為是一種生物毒性作用而被忽視。針對這一問題,喻學(xué)鋒研究員課題組以黑磷為模型,通過深入研究其化學(xué)生物活性,揭示了其作為高選擇性納米化療藥物的潛能。
黑磷作為一種新型二維材料,因其良好的生物活性和生物相容性,以及其優(yōu)越的光學(xué)特性,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。喻學(xué)鋒研究員課題組在之前的研究中已成功將黑磷納米材料應(yīng)用于腫瘤光熱治療(Nature Communications, 2016, 7, 12967)、植入材料(Biomaterials, 2018, 164, 11; Advanced Science, 2018, 5, 1700848)以及生物活性大分子的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)(Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57, 10268)等領(lǐng)域?;谶@些前期工作,以及在這些工作中發(fā)現(xiàn)的黑磷在生理環(huán)境下復(fù)雜的降解過程和多樣的活性中間產(chǎn)物,團(tuán)隊(duì)深入探討了黑磷納米片在細(xì)胞內(nèi)降解過程的機(jī)理和可能誘發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)。
課題組研究發(fā)現(xiàn),由于癌細(xì)胞旺盛的胞吞作用、較快的代謝速率和較強(qiáng)的氧化壓力,黑磷納米片易被癌細(xì)胞通過胞吞作用大量攝取,并被快速降解,在胞內(nèi)產(chǎn)生大量磷酸根離子。這一過程導(dǎo)致癌細(xì)胞內(nèi)環(huán)境改變,引起G2/M期阻滯,從而抑制癌細(xì)胞增殖。增殖抑制后的癌細(xì)胞進(jìn)一步通過凋亡和自噬的途徑進(jìn)入程序化細(xì)胞死亡。而對于正常細(xì)胞,由于其較弱的攝取活性和代謝速率,黑磷的攝取少且降解緩慢,從而保持了很高的生物相容性。深入的細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,黑磷納米片展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腫瘤功效,其對癌細(xì)胞的選擇性殺傷作用遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)化療藥物阿霉素(DOX)。
課題組將這一源自黑磷天然生物活性的癌細(xì)胞選擇性殺傷作用稱為“生物活性磷基藥物療法(Bioactive Phosphorus-based Therapy)”,簡稱“活性磷療 (BPT)”。該研究不僅展示了黑磷在納米化療藥物開發(fā)領(lǐng)域的巨大前景,同時(shí)也揭示了納米材料在腫瘤治療研究領(lǐng)域的新方向。
該研究工作得到了中科院前沿科學(xué)研究重點(diǎn)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、深圳市科技計(jì)劃國際合作研究、相關(guān)研究資助局面上項(xiàng)目和香港城市大學(xué)戰(zhàn)略研究項(xiàng)目的支持。