中科院专家提出纳米催化医学 可低毒高效杀肿瘤

澎湃新闻
2018-04-11

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澎湃新闻2018-04-11

4月10日,记者从中国科学院上海硅酸盐研究所获悉,该所施剑林研究员和陈雨研究员,近日发表论文,在国际上率先提出“纳米催化医学”(Nanocatalytic Medicine, NCM)的新概念,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。

常规的肿瘤化疗采用高细胞毒性的化疗药物,在杀死癌细胞的同时,正常细胞“自损八百”。

基于纳米催化剂的连锁催化反应用于肿瘤治疗的示意图
基于纳米催化剂的连锁催化反应用于肿瘤治疗的示意图

如果能用无毒/低毒的纳米颗粒,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,就可能在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,以达到防治癌症目的。这有别于传统的临床癌症诊疗模式,被称为“纳米催化医学”。基于在该领域的长期积累和突破性研究成果,施剑林研究员和陈雨研究员研究团队在国际上首次提出这一新概念,并对其本质和应用作了定义和讨论。

此前,研究团队采用改进的自蔓延燃烧方法,成功制备出单分散的、直径约一百纳米左右的硅化镁(Mg2Si)纳米颗粒,实现了响应肿瘤的特异性微环境,大量消耗肿瘤内的氧分子,同时阻塞其中的血管系统,阻止外部氧分子和养分的供给,达到肿瘤特异性的局部饥饿治疗的效果。

这种纳米粒子在正常组织的中性环境下稳定,无毒无害;而在肿瘤的弱酸性环境下,可以与质子反应生成硅烷(SiH4)。这种硅烷分子极易与氧分子反应,从而大量而快速消耗氧组分;在此同时,产生的SiO2中间产物,原位堵塞血管,防止外部的氧分子和养分通过肿瘤血管系统的供给,从而抑制肿瘤生长,达到肿瘤治疗效果。最后,这些氧化硅颗粒还可以在一定时间后彻底降解,因此不存在毒副作用。该论文发表在《自然·纳米技术》上(Nature Nanotechnology, 2017, 12, 378)。

论文首页和概括性示意图:肿瘤微环境和外场触发的纳米粒子原位催化化学反应用于肿瘤特异性治疗
论文首页和概括性示意图:肿瘤微环境和外场触发的纳米粒子原位催化化学反应用于肿瘤特异性治疗

研究团队还合成了一种枝状介孔二氧化硅纳米粒子作为药物输运系统载体,运送超小四氧化三铁纳米粒子和葡萄糖氧化酶,作为肿瘤药物。

肿瘤细胞内有旺盛地葡萄糖酵解反应和微酸性的代谢环境,正常细胞中却没有这样的环境。纳米药物中的葡萄糖氧化酶可在肿瘤细胞的酸性条件下,通过不断反应,产生高毒性的羟基自由基,诱导肿瘤细胞的凋亡,而不对正常的组织和器官造成损害。

体内动物实验结果显示该纳米催化剂具有较好的肿瘤杀伤和抑制能力,并具有良好的体内生物安全性。该论文发表在《自然·通讯》上 (Nature Communications, 2017, 8, 357)。

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