作者:记者 唐琳 夏瑞 来源: 发布时间:2019-7-12 16:11:12
新一代肿瘤诊疗制剂:
我和“铼”有个约会

 
恶性肿瘤是当今危害人类健康最严重的疾病之一。据世界卫生组织预测,到2020 年,全球肿瘤发病率将上升50%,癌症患者将增加至近1500 万。癌症不仅给患者及其家属带来巨大的经济和情感负担,同时也成为当前社会重大的民生“痛点”。
 
为了能够最终攻克癌症,全球的科研人员和医学工作者为此付出了巨大的努力,从癌症的诊断、监测、治疗等多个环节发起冲击。
 
近期,来自合肥工业大学的科研团队成功研发出一种新型超小纳米铼制剂,其因具有优良的可降解性和生物相容性,从而实现了肿瘤的安全有效诊断和治疗。相关成果以《聚乙二醇化的纳米铼团簇:一种用于肿瘤治疗的可降解金属光热制剂》为题,发表于英国皇家化学会旗舰期刊《化学科学》,并被推荐为当期封面文章。
 
聚焦民生“痛点”
 
由于恶性肿瘤的病因、病理机制、临床表现以及治疗均比较复杂,因此早期诊断、定时监测和及时治疗成为治疗恶性肿瘤的关键。
 
首先,由于受到医疗水平的限制且肿瘤的分期、分级、症状都较复杂,因此肿瘤的早期诊断依然是当前需要翻越的大山,寻找一种快速、准确、灵敏、经济而又操作简单的肿瘤检测方法是非常必要的。
 
其次,放化疗治疗是临床针对多数肿瘤的一种常规治疗手段,但抗肿瘤药物不仅毒性大且缺乏组织特异性,给全身带来的不良反应大。为了改善这些不足,提高药物的生物利用度并减少不良反应,使用靶向给药体系改变抗肿瘤药物体内递送方式成为了应有之义。
 
由此可见,现代医学的首要任务仍是发展既高效又精准的诊断、治疗技术。在这一背景下,癌症诊疗制剂就进入了研究人员的视线。目前,国内外众多高校和科研院所纷纷聚焦癌症诊疗制剂的开发,其中研究较多的类型便是贵金属材料、半导体材料以及聚合物。
 
贵金属材料一方面具有等离子体共振效应,可将激光能量转化为热量,实现激光靶向的肿瘤热消融;另一方面还具有光声效应,能将脉冲激光转变为声信号,增强肿瘤的光声诊断。
 
在贵金属材料中,纳米金又是研究得最多、最广泛的一类。纳米金基于自身易于制备、形貌及尺寸可控、低细胞毒性、稳定性好、温和的表面化学性质以及良好的生物相容性、独特的表面等离子共振效应和光散射等物理特性,再加上容易被多种靶向分子修饰后获得对肿瘤细胞的靶向性,因而在肿瘤治疗、成像等方面受到越来越广泛的关注,逐渐成为当前抗肿瘤研究的热点。此外,金纳米壳也已经以商品名“AuroLase”进入临床研究,用于治疗头颈部癌和前列腺癌。
 
但纳米金也并非就是完美无缺的。“尽管纳米金已取得了可喜的研究成果,但其不易生物降解,存在长期滞留在人体内的风险,这有可能阻碍其进一步的临床应用。”本研究的第一作者、合肥工业大学食品与生物工程学院青年教师缪昭华告诉《科学新闻》。
 
于是,缪昭华所在的研究团队便开始探寻一种安全可降解、又适用于多种实体肿瘤诊断和治疗的新一代肿瘤诊疗制剂。也就是在那时,对于大多数人来说颇为陌生的金属铼,引起了研究人员的注意。
 
铼合金因高度稳定性而被广泛应用于航空航天材料。而研究团队之所以锁定铼,这还与缪昭华的学术经历脱不开干系。
 
博士毕业于哈尔滨工业大学材料学院的缪昭华,读博期间就见证了很多航空航天材料的开发。从那时起,他就开始关注发动机材料里一个重要的明星成分——铼,正是这种金属大幅提升了航空发动机的服役温度。
 
来到合肥工业大学工作以后,缪昭华所在的团队主要从事肿瘤诊疗制剂的开发工作,于是他开始设想能不能将铼用于肿瘤的诊断和治疗。之后,一场与铼的“约会”被提上了日程。
 
安全可降解
 
“最初,我们是想利用金属铼来做一些生物应用,因为纳米铼的制备方法非常简单,采用一步液相还原法便可扩大制备。”缪昭华介绍说。
 
这项工作从缪昭华2017年来到合肥工业大学后便开始进行,到最终文章被接收,总共花费了约两年时间。期间,他也得到了自己的导师、哈尔滨工业大学教授徐成彦的指点和帮助。
 
也正是在上述这一工作的探索过程中,研究团队发现制备出的纳米铼生物医用性能良好,并且在制备为纳米材料时具有较好的可降解性。在这一背景下,合肥工业大学食品与生物工程学院教授查正宝课题组和化学与化工学院教授陆杨研究团队合作,采用简单的一步液相还原法,成功制备出直径约为2纳米的超小纳米铼团簇。该纳米铼具有显著的X射线衰减和近红外吸收特性,可分别用于肿瘤的CT诊断和光热治疗。
 
进一步的实验结果表明,这一新型材料的X线吸收系数高达21.2 HU mL mg-1,该指标优于商品化的CT造影剂碘普罗胺的吸收系数15.9 HU mL mg-1。在向肿瘤部位注射该材料后,单次激光照射肿瘤区域10分钟即可实现实体肿瘤的完全热消融,16天内未见复发。同时,纳米铼材料可在过氧化氢作用下转化为几乎无毒的高铼酸根离子,通过肾脏顺利排出体外,保证了肿瘤诊疗的安全性。
 
“此项成果的最大意义在于,我们提出了可降解金属纳米诊疗制剂的概念,纳米铼有望取代广泛应用的纳米金,成为新一代肿瘤诊疗制剂。”提起团队的成果,缪昭华难掩欣喜。
 
研究结果的取得令人振奋,但过程中的个中滋味却只有亲历者才能体会。在研究过程中,研究人员也曾遇到很多困难,比如合适稳定剂的选择、降解性能的表征以及纳米铼的长期保存等等,但最终他们依靠团队的力量,成功攻坚。
 
“以纳米铼表面稳定剂的选择为例,我们先后尝试了十多种稳定剂,最终发现巯基聚乙二醇这个材料最好,不仅能降低纳米铼的尺寸,也能提高纳米铼的生物相容性。”研究人员告诉记者。
 
再如,在研究材料的降解性能时,查正宝教授提出了利用透析方法体外模拟降解过程;在动物实验方面,研究团队得到了化学与化工学院教授陆杨的大力支持,将这项工作变得更为完善和有说服力。
 
科研有目标,创新无止境。缪昭华告诉我们,下一步,团队将继续围绕纳米铼开展一些深入工作,如调控纳米铼的光吸收特性和开发纳米铼的光声诊断应用等,希望能为癌症的最终攻克尽一份绵薄之力!
 
《科学新闻》 (科学新闻2019年6月刊 进展)
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