【中國科學(xué)報】從“殼”到“心”——科學(xué)家提出腫瘤“納米磷療”新策略
| 從“殼”到“心” |
| 科學(xué)家提出腫瘤“納米磷療”新策略 |
■本報見習(xí)記者 刁雯蕙
在抗腫瘤領(lǐng)域，納米藥物因其靶向性和優(yōu)異的藥學(xué)性被寄予厚望。但目前的納米藥物大都屬于納米載體藥物，即如果把藥物整體比作一個膠囊，納米材料其實只是“殼”。而納米藥物未來能否上升到“核心藥物”的地位，關(guān)鍵在于可否發(fā)現(xiàn)具備詳細(xì)生物機制和明確成藥機理的納米材料。
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院研究員李紅昌團隊和喻學(xué)鋒團隊，以及副研究員李洋團隊等，選取黑磷納米材料為研究對象，發(fā)現(xiàn)納米材料在細(xì)胞內(nèi)能夠精準(zhǔn)靶向特定生物分子，并獲得獨特的生物效應(yīng)，提出了以分子細(xì)胞生物學(xué)機制為依托的納米精準(zhǔn)分子靶向藥物概念，為納米藥物研發(fā)開辟了新路徑。相關(guān)論文刊登于《自然—納米技術(shù)》。
細(xì)胞分裂失控是腫瘤不斷增殖的重要原因，因此減緩甚至抑制細(xì)胞分裂被認(rèn)為是最有效的腫瘤治療策略之一。黑磷作為一種由單一磷元素構(gòu)成的新型納米材料，具有獨特的分子結(jié)構(gòu)和界面特性。此前，研究團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)黑磷具有較高的生物活性和生物可降解特性，在腫瘤治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具備良好的應(yīng)用潛能。但是，黑磷作為一種無機納米材料能否在分子細(xì)胞層面與生命系統(tǒng)產(chǎn)生相互作用尚不清楚。
此次，團隊首先使用低濃度黑磷納米材料處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)黑磷導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯在有絲分裂期。分析發(fā)現(xiàn)，原因是黑磷破壞了細(xì)胞有絲分裂核心機器——紡錘體的組裝。
“細(xì)胞分裂需要眾多生物分子的參與，其中PLK1激酶是非常關(guān)鍵的分子開關(guān)，其主要功能是控制紡錘體的組裝和運行。”李紅昌表示，黑磷進入細(xì)胞后，通過偽裝成PLK1的作用底物，吸引了大量PLK1蛋白與之結(jié)合，并使這些PLK1活性喪失，進一步造成紡錘體錯誤組裝，最終阻斷了細(xì)胞分裂的正常進行。在隨后的動物實驗中，研究團隊利用小鼠荷瘤模型，進一步證實了黑磷的確具備優(yōu)異的抗腫瘤效果。
值得注意的是，在此次研究過程中，研究團隊充分發(fā)揮了學(xué)科交叉的特色，成功讓“材料”與“生物”發(fā)生深度融合。喻學(xué)鋒課題組對黑磷納米材料進行了6年的系統(tǒng)研究，已經(jīng)建立了完整的黑磷基納米材料的制備和應(yīng)用體系，在研究過程中主要負(fù)責(zé)納米黑磷的制備和性能研究。李紅昌課題組精通細(xì)胞分裂機制和抗腫瘤藥物研發(fā)，在研究中主導(dǎo)納米黑磷的生物機制研究。李洋課題組具有豐富的納米生物學(xué)研究經(jīng)驗，提供了符合研究方向和適用于交叉研究團隊的新思路。
“在實際研究過程中，單個課題組很難做到‘既懂材料，又通生物’，因此類似的多個學(xué)科課題往往難以持續(xù)深入進行。”李紅昌表示，通過“材料人”和“生物人”之間不停地“思想碰撞”和持續(xù)地“互通有無”，項目組最終發(fā)現(xiàn)了無機單質(zhì)納米磷材料影響細(xì)胞分裂的重要現(xiàn)象，并深入解析了背后的分子細(xì)胞機制。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-021-00952-x
