惡性腫瘤是當(dāng)今危害人類健康最嚴(yán)重的疾病之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測，到2020 年，全球腫瘤發(fā)病率將上升50%，癌癥患者將增加至近1500 萬。癌癥不僅給患者及其家屬帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和情感負(fù)擔(dān)，同時也成為當(dāng)前社會重大的民生“痛點”。
為了能夠最終攻克癌癥，全球的科研人員和醫(yī)學(xué)工作者為此付出了巨大的努力，從癌癥的診斷、監(jiān)測、治療等多個環(huán)節(jié)發(fā)起沖擊。
近期，來自合肥工業(yè)大學(xué)的科研團(tuán)隊成功研發(fā)出一種新型超小納米錸制劑，其因具有優(yōu)良的可降解性和生物相容性，從而實現(xiàn)了腫瘤的安全有效診斷和治療。相關(guān)成果以《聚乙二醇化的納米錸團(tuán)簇：一種用于腫瘤治療的可降解金屬光熱制劑》為題，發(fā)表于英國皇家化學(xué)會旗艦期刊《化學(xué)科學(xué)》，并被推薦為當(dāng)期封面文章。
聚焦民生“痛點”
由于惡性腫瘤的病因、病理機制、臨床表現(xiàn)以及治療均比較復(fù)雜，因此早期診斷、定時監(jiān)測和及時治療成為治療惡性腫瘤的關(guān)鍵。
首先，由于受到醫(yī)療水平的限制且腫瘤的分期、分級、癥狀都較復(fù)雜，因此腫瘤的早期診斷依然是當(dāng)前需要翻越的大山，尋找一種快速、準(zhǔn)確、靈敏、經(jīng)濟(jì)而又操作簡單的腫瘤檢測方法是非常必要的。
其次，放化療治療是臨床針對多數(shù)腫瘤的一種常規(guī)治療手段，但抗腫瘤藥物不僅毒性大且缺乏組織特異性，給全身帶來的不良反應(yīng)大。為了改善這些不足，提高藥物的生物利用度并減少不良反應(yīng)，使用靶向給藥體系改變抗腫瘤藥物體內(nèi)遞送方式成為了應(yīng)有之義。
由此可見，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的首要任務(wù)仍是發(fā)展既高效又精準(zhǔn)的診斷、治療技術(shù)。在這一背景下，癌癥診療制劑就進(jìn)入了研究人員的視線。目前，國內(nèi)外眾多高校和科研院所紛紛聚焦癌癥診療制劑的開發(fā)，其中研究較多的類型便是貴金屬材料、半導(dǎo)體材料以及聚合物。
貴金屬材料一方面具有等離子體共振效應(yīng)，可將激光能量轉(zhuǎn)化為熱量，實現(xiàn)激光靶向的腫瘤熱消融；另一方面還具有光聲效應(yīng)，能將脈沖激光轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘�，增強腫瘤的光聲診斷。
在貴金屬材料中，納米金又是研究得最多、最廣泛的一類。納米金基于自身易于制備、形貌及尺寸可控、低細(xì)胞毒性、穩(wěn)定性好、溫和的表面化學(xué)性質(zhì)以及良好的生物相容性、獨特的表面等離子共振效應(yīng)和光散射等物理特性，再加上容易被多種靶向分子修飾后獲得對腫瘤細(xì)胞的靶向性，因而在腫瘤治療、成像等方面受到越來越廣泛的關(guān)注，逐漸成為當(dāng)前抗腫瘤研究的熱點。此外，金納米殼也已經(jīng)以商品名“AuroLase”進(jìn)入臨床研究，用于治療頭頸部癌和前列腺癌。
但納米金也并非就是完美無缺的。“盡管納米金已取得了可喜的研究成果，但其不易生物降解，存在長期滯留在人體內(nèi)的風(fēng)險，這有可能阻礙其進(jìn)一步的臨床應(yīng)用。”本研究的第一作者、合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院青年教師繆昭華告訴《科學(xué)新聞》。
于是，繆昭華所在的研究團(tuán)隊便開始探尋一種安全可降解、又適用于多種實體腫瘤診斷和治療的新一代腫瘤診療制劑。也就是在那時，對于大多數(shù)人來說頗為陌生的金屬錸，引起了研究人員的注意。
錸合金因高度穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于航空航天材料。而研究團(tuán)隊之所以鎖定錸，這還與繆昭華的學(xué)術(shù)經(jīng)歷脫不開干系。
博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的繆昭華，讀博期間就見證了很多航空航天材料的開發(fā)。從那時起，他就開始關(guān)注發(fā)動機材料里一個重要的明星成分——錸，正是這種金屬大幅提升了航空發(fā)動機的服役溫度。
來到合肥工業(yè)大學(xué)工作以后，繆昭華所在的團(tuán)隊主要從事腫瘤診療制劑的開發(fā)工作，于是他開始設(shè)想能不能將錸用于腫瘤的診斷和治療。之后，一場與錸的“約會”被提上了日程。
安全可降解
“最初，我們是想利用金屬錸來做一些生物應(yīng)用，因為納米錸的制備方法非常簡單，采用一步液相還原法便可擴大制備。”繆昭華介紹說。
這項工作從繆昭華2017年來到合肥工業(yè)大學(xué)后便開始進(jìn)行，到最終文章被接收，總共花費了約兩年時間。期間，他也得到了自己的導(dǎo)師、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授徐成彥的指點和幫助。
也正是在上述這一工作的探索過程中，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)制備出的納米錸生物醫(yī)用性能良好，并且在制備為納米材料時具有較好的可降解性。在這一背景下，合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院教授查正寶課題組和化學(xué)與化工學(xué)院教授陸楊研究團(tuán)隊合作，采用簡單的一步液相還原法，成功制備出直徑約為2納米的超小納米錸團(tuán)簇。該納米錸具有顯著的X射線衰減和近紅外吸收特性，可分別用于腫瘤的CT診斷和光熱治療。
進(jìn)一步的實驗結(jié)果表明，這一新型材料的X線吸收系數(shù)高達(dá)21.2 HU mL mg-1，該指標(biāo)優(yōu)于商品化的CT造影劑碘普羅胺的吸收系數(shù)15.9 HU mL mg-1。在向腫瘤部位注射該材料后，單次激光照射腫瘤區(qū)域10分鐘即可實現(xiàn)實體腫瘤的完全熱消融，16天內(nèi)未見復(fù)發(fā)。同時，納米錸材料可在過氧化氫作用下轉(zhuǎn)化為幾乎無毒的高錸酸根離子，通過腎臟順利排出體外，保證了腫瘤診療的安全性。
“此項成果的最大意義在于，我們提出了可降解金屬納米診療制劑的概念，納米錸有望取代廣泛應(yīng)用的納米金，成為新一代腫瘤診療制劑。”提起團(tuán)隊的成果，繆昭華難掩欣喜。
研究結(jié)果的取得令人振奮，但過程中的個中滋味卻只有親歷者才能體會。在研究過程中，研究人員也曾遇到很多困難，比如合適穩(wěn)定劑的選擇、降解性能的表征以及納米錸的長期保存等等，但最終他們依靠團(tuán)隊的力量，成功攻堅。
“以納米錸表面穩(wěn)定劑的選擇為例，我們先后嘗試了十多種穩(wěn)定劑，最終發(fā)現(xiàn)巰基聚乙二醇這個材料最好，不僅能降低納米錸的尺寸，也能提高納米錸的生物相容性。”研究人員告訴記者。
再如，在研究材料的降解性能時，查正寶教授提出了利用透析方法體外模擬降解過程；在動物實驗方面，研究團(tuán)隊得到了化學(xué)與化工學(xué)院教授陸楊的大力支持，將這項工作變得更為完善和有說服力。
科研有目標(biāo)，創(chuàng)新無止境。繆昭華告訴我們，下一步，團(tuán)隊將繼續(xù)圍繞納米錸開展一些深入工作，如調(diào)控納米錸的光吸收特性和開發(fā)納米錸的光聲診斷應(yīng)用等，希望能為癌癥的最終攻克盡一份綿薄之力�！�
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2019年6月刊 進(jìn)展)