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仿生智能分子拉链“打开”肿瘤精准治疗之门

由于环境污染和生活压力加重等多重因素,癌症成为人类健康的重要威胁。传统的药物治疗缺乏靶向性,给患者带来了严重的副作用。近年来,人们基于纳米材料开发了一系列多功能纳米载体,用于操控药物在体分布和药代动力学特性,提高化疗效果。西安交通大学仿生工程与生物力学中心(BEBC)利用生物仿生的理念,构建了一种智能响应的分子拉链,用于控制纳米载体表面的性质,实现肿瘤的精准靶向。


纳米材料具有独特的光、磁、热性能,可以操控和实时监测药物载体在生物体内的分布,精确地控制药物释放行为,有利于优化给药方案,为耐药性肿瘤的临床治疗提供更可靠的工具。然而,通过静脉注射进入小鼠体内的纳米载体在到达肿瘤组织前,超过95%的剂量被肝、肾、心脏、肺等器官截留,极大降低了治疗效果,造成了严重的正常组织损伤。为了增加纳米载体在血液中的循环时间,人们通常采用PEG修饰的策略以提高载体的稳定性,但PEG修饰降低了肿瘤细胞对药物载体的吸收。因此,具有单一表面化学组成的纳米载体难以实现复杂生物体系内药物的准确、高效递送。


近日,西安交通大学BEBC的徐峰教授(点击查看介绍)团队和南京大学生命分析化学国家重点实验室朱俊杰教授(点击查看介绍)课题组在Advanced Materials 上发表最新的研究成果:通过模拟分子多价态的相互作用,开发了一种多重响应的仿生分子拉链,并将其用于纳米药物载体表面性质的精确操控,实现了对肿瘤细胞的精准靶向和药物治疗。受自然界中蛋白质分子通过翻译后修饰调控自身结构和功能的启示,研究人员通过化学、材料科学和生物学的学科交叉,设计和合成了两种新型的仿生聚合物,并利用胍基和磷酸基团的多重盐桥作用构建了对pH、温度、氧化还原敏感的分子拉链。该分子拉链使纳米载体在血液运输过程中完全“隐形”,增加了纳米载体在血液中的循环时间,避免纳米载体的脱靶效应。当纳米载体进入肿瘤部位时,肿瘤自身的低酸微环境和外部施加的近红外激光能够使纳米粒子表面性质发生反转,激活并促进纳米载体进入肿瘤细胞,增强药物治疗的效果,降低其副作用,有望用于癌症的临床治疗。作为纳米科学前沿发展方向,纳米粒子表面的精准操控极具研究价值。该工作提供了一种全新的纳米材料表面修饰策略,将极大推动纳米材料组装、生物仿生材料制备、纳米医药临床转化等领域的发展。


仿生工程与生物力学中心(bebc.xjtu.edu.cn)遵循“力学基础理论-生物技术研发-应用推广”的学术思路,围绕学术思想组建多学科交叉研究创新团队,于2011年建立,现已形成一支具有从事高水平学科交叉研究能力的队伍。研究人才专业涵盖生物力学、材料学、细胞/组织工程学、电化学、生物学、临床医学等多学科,为着眼具有挑战性的前沿科学问题、建立解释这些问题的有效工具提供坚实的基础。该研究中心长期致力于开展生物组织热-力-电耦合学、细胞热-力-电微环境工程、基于生物微流体力学即时诊断技术的研究。BEBC近五年已在Chem. Rev.、Nat. Mater.、Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater. 等国际期刊发表150余篇论文,发表的论文被Nature、Chem. Rev.、Nat. Mater.、Science、Cell、Nat. Methods、Nat. Rev. Chem. 等引用6500余次,引用指数因子H = 40,12篇论文入选ESI高引用论文,1篇论文入选ESI热点论文,30篇论文被Mat. Sci. Eng. R、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano 等杂志选为封面和内封面论文。文章的第一作者张鹏晖博士一直从事智能纳米探针的构建和肿瘤诊断治疗的研究,以第一作者身份在国际权威刊物发表多篇论文(ACS Nano, 2016, 10, 3637;ACS Nano, 2015, 9, 789;Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2371等),引起国内外专家的广泛关注。


该论文作者为:Penghui Zhang, Yan Wang, Jing Lian, Qi Shen, Chen Wang, Bohan Ma, Yuchao Zhang, Tingting Xu, Jianxin Li, Yongping Shao, Feng Xu, Jun-Jie Zhu

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Engineering the Surface of Smart Nanocarriers Using a pH-/Thermal-/GSH-Responsive Polymer Zipper for Precise Tumor Targeting Therapy In Vivo

Adv. Mater., 2017, 29, 1702311, DOI: 10.1002/adma.201702311


导师介绍

徐峰

http://www.x-mol.com/university/faculty/46708

朱俊杰

http://www.x-mol.com/university/faculty/11600


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