惡性腫瘤是當今危害人類健康最嚴重的疾病之一。據世界衛生組織預測，到2020 年，全球腫瘤發病率將上升50%，癌癥患者將增加至近1500 萬。癌癥不僅給患者及其家屬帶來巨大的經濟和情感負擔，同時也成為當前社會重大的民生“痛點”。
為了能夠最終攻克癌癥，全球的科研人員和醫學工作者為此付出了巨大的努力，從癌癥的診斷、監測、治療等多個環節發起沖擊。
近期，來自合肥工業大學的科研團隊成功研發出一種新型超小納米錸制劑，其因具有優良的可降解性和生物相容性，從而實現了腫瘤的安全有效診斷和治療。相關成果以《聚乙二醇化的納米錸團簇：一種用于腫瘤治療的可降解金屬光熱制劑》為題，發表于英國皇家化學會旗艦期刊《化學科學》，并被推薦為當期封面文章。
聚焦民生“痛點”
由于惡性腫瘤的病因、病理機制、臨床表現以及治療均比較復雜，因此早期診斷、定時監測和及時治療成為治療惡性腫瘤的關鍵。
首先，由于受到醫療水平的限制且腫瘤的分期、分級、癥狀都較復雜，因此腫瘤的早期診斷依然是當前需要翻越的大山，尋找一種快速、準確、靈敏、經濟而又操作簡單的腫瘤檢測方法是非常必要的。
其次，放化療治療是臨床針對多數腫瘤的一種常規治療手段，但抗腫瘤藥物不僅毒性大且缺乏組織特異性，給全身帶來的不良反應大。為了改善這些不足，提高藥物的生物利用度并減少不良反應，使用靶向給藥體系改變抗腫瘤藥物體內遞送方式成為了應有之義。
由此可見，現代醫學的首要任務仍是發展既高效又精準的診斷、治療技術。在這一背景下，癌癥診療制劑就進入了研究人員的視線。目前，國內外眾多高校和科研院所紛紛聚焦癌癥診療制劑的開發，其中研究較多的類型便是貴金屬材料、半導體材料以及聚合物。
貴金屬材料一方面具有等離子體共振效應，可將激光能量轉化為熱量，實現激光靶向的腫瘤熱消融；另一方面還具有光聲效應，能將脈沖激光轉變為聲信號，增強腫瘤的光聲診斷。
在貴金屬材料中，納米金又是研究得最多、最廣泛的一類。納米金基于自身易于制備、形貌及尺寸可控、低細胞毒性、穩定性好、溫和的表面化學性質以及良好的生物相容性、獨特的表面等離子共振效應和光散射等物理特性，再加上容易被多種靶向分子修飾后獲得對腫瘤細胞的靶向性，因而在腫瘤治療、成像等方面受到越來越廣泛的關注，逐漸成為當前抗腫瘤研究的熱點。此外，金納米殼也已經以商品名“AuroLase”進入臨床研究，用于治療頭頸部癌和前列腺癌。
但納米金也并非就是完美無缺的。“盡管納米金已取得了可喜的研究成果，但其不易生物降解，存在長期滯留在人體內的風險，這有可能阻礙其進一步的臨床應用。”本研究的第一作者、合肥工業大學食品與生物工程學院青年教師繆昭華告訴《科學新聞》。
于是，繆昭華所在的研究團隊便開始探尋一種安全可降解、又適用于多種實體腫瘤診斷和治療的新一代腫瘤診療制劑。也就是在那時，對于大多數人來說頗為陌生的金屬錸，引起了研究人員的注意。
錸合金因高度穩定性而被廣泛應用于航空航天材料。而研究團隊之所以鎖定錸，這還與繆昭華的學術經歷脫不開干系。
博士畢業于哈爾濱工業大學材料學院的繆昭華，讀博期間就見證了很多航空航天材料的開發。從那時起，他就開始關注發動機材料里一個重要的明星成分——錸，正是這種金屬大幅提升了航空發動機的服役溫度。
來到合肥工業大學工作以后，繆昭華所在的團隊主要從事腫瘤診療制劑的開發工作，于是他開始設想能不能將錸用于腫瘤的診斷和治療。之后，一場與錸的“約會”被提上了日程。
安全可降解
“最初，我們是想利用金屬錸來做一些生物應用，因為納米錸的制備方法非常簡單，采用一步液相還原法便可擴大制備。”繆昭華介紹說。
這項工作從繆昭華2017年來到合肥工業大學后便開始進行，到最終文章被接收，總共花費了約兩年時間。期間，他也得到了自己的導師、哈爾濱工業大學教授徐成彥的指點和幫助。
也正是在上述這一工作的探索過程中，研究團隊發現制備出的納米錸生物醫用性能良好，并且在制備為納米材料時具有較好的可降解性。在這一背景下，合肥工業大學食品與生物工程學院教授查正寶課題組和化學與化工學院教授陸楊研究團隊合作，采用簡單的一步液相還原法，成功制備出直徑約為2納米的超小納米錸團簇。該納米錸具有顯著的X射線衰減和近紅外吸收特性，可分別用于腫瘤的CT診斷和光熱治療。
進一步的實驗結果表明，這一新型材料的X線吸收系數高達21.2 HU mL mg-1，該指標優于商品化的CT造影劑碘普羅胺的吸收系數15.9 HU mL mg-1。在向腫瘤部位注射該材料后，單次激光照射腫瘤區域10分鐘即可實現實體腫瘤的完全熱消融，16天內未見復發。同時，納米錸材料可在過氧化氫作用下轉化為幾乎無毒的高錸酸根離子，通過腎臟順利排出體外，保證了腫瘤診療的安全性。
“此項成果的最大意義在于，我們提出了可降解金屬納米診療制劑的概念，納米錸有望取代廣泛應用的納米金，成為新一代腫瘤診療制劑。”提起團隊的成果，繆昭華難掩欣喜。
研究結果的取得令人振奮，但過程中的個中滋味卻只有親歷者才能體會。在研究過程中，研究人員也曾遇到很多困難，比如合適穩定劑的選擇、降解性能的表征以及納米錸的長期保存等等，但最終他們依靠團隊的力量，成功攻堅。
“以納米錸表面穩定劑的選擇為例，我們先后嘗試了十多種穩定劑，最終發現巰基聚乙二醇這個材料最好，不僅能降低納米錸的尺寸，也能提高納米錸的生物相容性。”研究人員告訴記者。
再如，在研究材料的降解性能時，查正寶教授提出了利用透析方法體外模擬降解過程；在動物實驗方面，研究團隊得到了化學與化工學院教授陸楊的大力支持，將這項工作變得更為完善和有說服力。
科研有目標，創新無止境。繆昭華告訴我們，下一步，團隊將繼續圍繞納米錸開展一些深入工作，如調控納米錸的光吸收特性和開發納米錸的光聲診斷應用等，希望能為癌癥的最終攻克盡一份綿薄之力。■
《科學新聞》 (科學新聞2019年6月刊 進展)