中國科學(xué)院生物物理研究所研究員秦燕課題組、陳潤生院士課題組和北京科技大學(xué)教授王天宇、姜健壯合作，開展了癌癥的動(dòng)態(tài)可轉(zhuǎn)換核磁共振成像（MRI）診斷以及鐵死亡治療、光熱治療和化學(xué)治療的協(xié)同治療研究。研究將癌癥診斷和治療協(xié)同，利用鐵的核磁性質(zhì)診斷、引發(fā)細(xì)胞快速死亡的特性殺滅腫瘤細(xì)胞。相關(guān)成果11月20日在線發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》。

根據(jù)全球癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)告，2020年全世界有1930萬癌癥確診病例，且有1000萬人死于癌癥，死亡人數(shù)比2017年增長了130萬。目前，人們尚未徹底了解癌癥的發(fā)病機(jī)制，以及徹底治愈各類腫瘤的有效方法。臨床上，手術(shù)、放療或化療仍然是癌癥的常規(guī)治療首選，它們雖然能取得一定的療效，但均具有其局限性。探索更加高效、普適、低成本的癌癥診療方法是很多科學(xué)家的心愿。

“過去二十年，將功能化的納米藥物用于癌癥治療得到已經(jīng)取得不少研究結(jié)果。特別是在生物成像診斷和藥物遞送領(lǐng)域方面，納米藥物表現(xiàn)出無與倫比的優(yōu)勢(shì)。”論文共同通訊作者、干細(xì)胞及轉(zhuǎn)化國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家秦燕對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》說。

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她介紹說，納米材料通常具有獨(dú)特的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)。結(jié)合這些性質(zhì)，科研人員已經(jīng)開發(fā)出多種基于生物功能納米材料的非侵入式腫瘤成像診斷技術(shù)，如光聲成像、磁共振成像、X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描和普通X線成像（如放射性同位素成像），以及多種癌癥治療方法，如光熱治療、光動(dòng)力治療、聲動(dòng)力治療、化學(xué)動(dòng)力治療以及聯(lián)合治療，等等。因此，同時(shí)將生物功能納米材料的診斷和治療功能結(jié)合在一起，有望推動(dòng)個(gè)性化的臨床應(yīng)用。

“鐵元素是血紅蛋白和許多維持生命的不同酶中的主要功能元素，人體內(nèi)適量的鐵離子對(duì)健康有益。但值得注意的是，鐵離子在癌細(xì)胞中的積累能導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡，這也使得鐵離子成為未來最有潛力的腫瘤治療方法之一。”論文第一作者、北京科技大學(xué)與生物物理所聯(lián)合培養(yǎng)博士生楊包產(chǎn)對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》說。

但他表示，現(xiàn)有的鐵基生物功能納米材料用于癌癥治療時(shí)仍然存在幾個(gè)不可避免的缺點(diǎn)，如許多鐵基生物納米材料只有單一模式的化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療（CDT），通常抑制實(shí)體瘤的生長，卻不能達(dá)到完全的腫瘤抑制。同時(shí)，幾乎所有的鐵基生物納米材料都嚴(yán)重依賴弱酸性的腫瘤微環(huán)境，導(dǎo)致鐵元素的利用率降低。

此外，腫瘤微環(huán)境的另一個(gè)特點(diǎn)是存在過量的谷胱甘肽（GSH），GSH是細(xì)胞氧化防御系統(tǒng)之一，是限制CDT作用的極大障礙。并且，對(duì)于MRI成像診斷，幾乎所有的鐵基生物納米材料作為MRI造影劑主要實(shí)現(xiàn)單一的橫向弛豫性成像效果，這對(duì)于低分辨的組織和腫瘤部位難以實(shí)現(xiàn)顯著的成像診斷。因此，開發(fā)低成本和高效的鐵基生物納米材料，增強(qiáng)的腫瘤聯(lián)合治療，實(shí)現(xiàn)鐵基生物納米材料的高效腫瘤診療一體化具有重要意義。

在此背景下，秦燕與合作者開展了癌癥的動(dòng)態(tài)可切換MRI診斷和鐵死亡治療以及光熱、化療協(xié)同治療研究。他們開發(fā)了多層次的氧化鐵（Fe2O3）結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步結(jié)合靶向分子葉酸（FA）和化療藥物（Dox），得到多功能腫瘤診療納米藥物UF@PPDF NPs。

據(jù)介紹，該藥物分級(jí)組裝結(jié)構(gòu)大大提高了鐵的利用效率，可以快速釋放鐵離子和化療藥物，從而實(shí)現(xiàn)了鐵死亡治療以及光熱治療和化療相結(jié)合的三功能協(xié)同腫瘤治療。對(duì)于MRI，該藥物可通過動(dòng)態(tài)T2-T1成像切換清晰地顯示腫瘤組織的大小和致密度，實(shí)現(xiàn)了腫瘤的高分辨診斷。在陳潤生院士組的幫助下，通過差異表達(dá)基因的RNA測(cè)序（RNA-Seq）分析也表明，UF@PPDFNPs的三功能協(xié)同腫瘤治療在癌細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中具有多方面的作用。其中，細(xì)胞呼吸和電子傳輸被顯著上調(diào)，而表觀遺傳途徑，包括染色質(zhì)修飾和轉(zhuǎn)錄活性被嚴(yán)重下調(diào)，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

研究者表示，該藥物為高效的深部腫瘤診療提供了新的可能性。其結(jié)構(gòu)調(diào)制策略也為開發(fā)鐵基生物納米材料用于癌癥治療及多種疾病的治療提供了借鑒意義。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1002/adfm.202211251

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