基于无机纳米结构的催化纳米医学

【作者】 施剑林；

【机构】 中科院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 癌症治疗中,化疗仍然是必不可少的手段,但常规的化疗使用高毒性化疗药物,存在很强的毒副作用。是否有可能采用对正常组织无毒的纳米材料,它们在进入肿瘤组织后原位发生化学反应,变得有毒或引起毒害作用,从而达到绿色的肿瘤精准治疗的目的?我们将这一新的治疗策略命名为纳米催化肿瘤治疗(nanocatalytic tumor therapy)1,更推而广之,纳米催化医学(nanocatalytic medicine)2。第一个策略是瘤内产生高毒性的活性氧达到杀灭肿瘤细胞的目的。首先针对光动力学疗法的问题,通过材料设计,采用X光作为光源,或光敏剂细胞核内输运的手段,较好克服紫外/可见光组织穿透小、产生的活性氧寿命短等以上问题[3-4]。进一步通过声敏剂的输运并采用超声为外源,可以实现超声激发的催化反应产生活性氧,达到无毒副作用的肿瘤治疗[5]。进一步设计制备纳米颗粒,在无外场刺激条件下可实现响应肿瘤微环境的瘤内活性氧组分。如我们合成得到无毒的非晶铁纳米颗粒,在肿瘤内响应瘤内微酸性环境,产生大量二价铁离子,催化瘤内过氧化氢的歧化反应产生氢氧根自由基[6];又比如,利用树枝状大孔的介孔氧化硅纳米颗粒输运葡萄糖氧化酶和四氧化三铁纳米颗粒只瘤内,葡萄糖氧化酶催化瘤内葡萄糖产生过氧化氢,进一步氧化铁催化过氧化氢发生歧化反应,瘤内原位产生羟基自由基,实现肿瘤治疗[7]。最近,发展了一种基于介孔氧化硅输运的无毒双硫仑药物催化协同的无毒治疗方案[8].第二个策略是基于瘤内氧含量的调控的方案。首先是瘤内耗氧的肿瘤窒息/饥饿疗法。制备无毒单分散MgSi2纳米颗粒,肿瘤微酸性环境催化纳米颗粒与质子的化学反应产生硅烷,硅烷可原位大量快速消耗瘤内氧组分,使肿瘤窒息。同时这一反应产生的氧化硅颗粒堵塞血管,进一步阻挡养分和氧组分通过血管的瘤内供给,抑制肿瘤生长[6]。或通过产氧催化反应,为此瘤内氧含量在正常水平,以配合其他的常规肿瘤治疗方法。更多还原