微米和纳米科技材料

精准打击肿瘤——中国科学家首创“纳米催化医学”新概念

在人类对抗肿瘤的“战争”中,采用具有高细胞毒性药物的化疗方法,如同良莠不分的大规模杀伤性武器,常常是“杀敌三千,自损八百”。一般而言,只有1%—5%的常规性化疗药物能达到肿瘤位置,其他则在祸害正常的细胞;即使是具有特异识别能力的靶向药物,也只有5%—10%能真正作用于肿瘤。

精准打击肿瘤——中国科学家首创“纳米催化医学”新概念

有没有什么材料能够做到对正常细胞没有伤害,只有到达肿瘤部位才会发生一系列特殊的变化,从无毒变成有毒,进而杀伤肿瘤?

答案是肯定的。

近日,中科院上海硅酸盐研究所施剑林研究员和陈雨研究员,在国际权威综述学术期刊《化学学会评论》上撰写论文,首次在国际上提出了“纳米催化医学”新概念,并对其进行了精确的定义和全面的阐述。利用纳米催化医学的方法,研究人员就如同掌握了一款精准制导武器,能够准确打击肿瘤,却不会对身体其他细胞产生伤害。

精准打击肿瘤——中国科学家首创“纳米催化医学”新概念

催化特定化学反应

纳米催化医学是指采用无毒或低毒的纳米颗粒,通过选择性地催化、触发肿瘤组织内部的特定化学反应,在局部产生数量可观的特定反应产物,从而实现一系列的生物学和病理学响应,在可能不对正常组织产生显著副作用的情况下,实现肿瘤特异性的治疗和成像。

纳米催化医学这一新兴的跨学科研究,有别于传统的临床癌症诊断模式,它的相关技术进步,依赖于基础化学、材料科学、纳米技术和生物医学等多学科领域的交叉融合与技术革新。

精准打击肿瘤——中国科学家首创“纳米催化医学”新概念

对于催化条件的精确把控,是纳米催化医学最为重要的研究领域之一。据施剑林介绍,目前催化条件主要包括两种:一是内部的催化,即肿瘤的酸性内环境;二是外界的催化,即声、光等激发响应。无论是哪一种,其本质都是催化材料在特定部位发生可控的化学反应。

施剑林表示,目前纳米催化医学主要针对实体肿瘤,虽然已经取得了各种路径的纳米催化医学治疗肿瘤方法,但也仅仅停留在实验室阶段,要想制成药物进入临床,还需要更多的研发投入。

三条路径抑制肿瘤

施剑林等上海硅酸盐所的科学家是“纳米催化医学”的提出者和领路人。仅仅过去1年,他们就先后在杂志上发表了数篇论文,介绍了多种纳米催化医学治疗肿瘤新路径。

第1条路径是“饥饿围困”法。科研团队制备出单分散、直径约100纳米的硅化镁纳米颗粒,它在正常组织的中性环境下稳定、无毒无害,但在肿瘤弱酸的微环境中,可以与质子反应生成硅烷。硅烷分子极易与氧分子反应,从而大量而快速消耗氧组分。对于肿瘤而言,硅烷无疑是一个可怕的“抢氧气”的对手。“祸不单行”的是,化学反应中会产生二氧化硅,并在原位将血管堵上,如同围城一样切断了肿瘤的氧气和组成的供应,坐等肿瘤因饥饿而“投降”。最后,这些二氧化硅颗粒还可以在一定时长后彻底降解。实验中,肿瘤的氧含量下降到原来的10%,抑制肿瘤的效果达到80%以上。

第2条路径是“定点爆破”法。科研团队将一种枝状介孔二氧化硅纳米粒子作为药物输运系统载体,依次负载“炸药包”——直径2 纳米的超小四氧化三铁纳米粒子和葡萄糖氧化酶,到肿瘤部位进行“定点爆破”。

第3条路径是“精确制导”法。科研团队尝试利用外场的光、电效果,为催化剂提供作用于目标的“精确制导”。

“纳米催化医学”新概念的提出,有望为个性化生物医学提供一种全新且低毒有效的癌症诊疗解决方案。

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