 近日，华东师范大学化学与分子工程学院、上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室步文博教授，受邀在国际著名综述期刊Accounts of Chemical Research上在线发表了乏氧肿瘤高效治疗新策略的专题评述论文：Modulating Hypoxia via Nanomaterials Chemistry for Efficient Treatment of Solid Tumors（DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00214）。论文系统介绍了该课题组近五年来在乏氧肿瘤高效治疗研究方向上取得的系列研究成果。华东师范大学晨晖学者刘艳颜博士为论文第一作者，步文博教授为论文通讯作者，华东师范大学为第一作者单位和通讯作者单位。 乏氧是绝大多数恶性肿瘤的固有特征，是癌症难以治愈的根本原因之一。 因此，如何高效精准“杀灭”肿瘤病灶区的乏氧细胞，已成为癌症治疗研究的重点和前沿。无机纳米材料由于其丰富的化学性能、可控的化学功能组分和表面易功能化等优势，已广泛应用于生物医用功能材料的研究，显示出巨大的临床应用潜力。本综述论文系统地阐述了功能化无机纳米材料用于乏氧肿瘤治疗的三类新型治疗策略：由最初的“克服乏氧”策略，发展到“规避乏氧”策略，再到最后的“利用乏氧”策略；着重介绍了不同发展阶段中对乏氧肿瘤组织的生物学特征的认识与把握、功能化无机纳米材料的选择与设计、以及对临床治疗改进的参考与意义。 “克服乏氧”治疗策略：肿瘤乏氧区的特征是氧气含量不足，而现有肿瘤治疗技术（放疗、光动力治疗）的治疗效果均强烈依赖肿瘤组织中的氧含量。因此，若能利用无机诊疗材料的结构设计，增加肿瘤乏氧区的氧含量，毫无疑问将会显著增强放疗和光动力治疗（PDT）对乏氧肿瘤的治疗效果。如利用nano-MnO2在乏氧微环境下的氧化反应释放O2（Adv. Mater. 2015, 27, 4155）；或将肿瘤局部光热升温加速血流供氧（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13041），均实现了“克服乏氧”治疗策略。 图1 利用nano-MnO2在乏氧微环境下的氧化反应释放O2实现“克服乏氧”治疗策略 （来源：Acc. Chem. Res.） “规避乏氧”治疗策略：核心学术思路是借助于材料结构设计，利用肿瘤组织中的水分子（或气体分子）实现增强乏氧肿瘤治疗效果，削弱或避免氧依赖性：如利用下转换纳米颗粒实现I-型光动力治疗，以水替代氧气来产生自由基消灭肿瘤（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1770）；或利用放疗X射线对NO气体控释效应，构建一种新型X射线诱导NO控释/放疗多功能稀土纳米诊疗剂，具备高效的X射线响应NO原位控释及放疗增敏效应（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 14026）；或利用Fe基非晶纳米材料在乏氧微环境下的芬顿反应，在无氧参与下，产出大量自由基（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2101; Adv. Mater. 2017, 29, 1701683）。 图2 利用Fe基非晶纳米材料在乏氧微环境下的芬顿反应实现“规避乏氧”治疗策略 （来源：Acc. Chem. Res.） “利用乏氧”治疗策略：借助于诊疗材料结构设计，通过消耗病灶区的氧气加剧乏氧肿瘤微环境，利用乏氧独特的生物学特性以对抗乏氧肿瘤，增强乏氧肿瘤治疗效果。如借助于PDT耗氧作用，加剧肿瘤细胞微环境乏氧程度，进而显著提升生物还原药物（替拉扎明）对乏氧肿瘤的杀伤力（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 8105）；或利用Mo基多金属氧酸盐（Mo-POM）在酸性/还原性条件下聚集吸收近红外光，用于肿瘤光热治疗（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8156）；或利用Mg2Si纳米片在酸性/还原性条件下消耗氧气，反应产物SiO2微片进一步阻塞血管，彻底截断肿瘤区域氧气与养料供给，使肿瘤“饥饿”致死（Nature Nanotech. 2017, 12, 378）。 图3 利用Mg2Si纳米片在酸性/还原性条件下消耗氧气实现“利用乏氧”治疗策略 （来源：Acc. Chem. Res.） 该综述论文涵盖了步文博教授研究团队自2013年起在乏氧肿瘤高效治疗研究方向上取得的系统性研究进展。该团队从构建用于乏氧肿瘤精准检测和高效治疗的新型无机诊疗材料出发，提出了“克服乏氧、规避乏氧、利用乏氧”三类乏氧肿瘤治疗新策略，揭示了该研究领域的发展趋势。这一工作将有望拓展乏氧肿瘤诊疗的研究思路，并对化学、材料、生物和医学等相关研究领域具有重要的指导意义。 该系列研究得到了国家自然科学基金委员会、上海市科学技术委员会等相关课题基金、人才计划的资助。 |
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