中科院合肥物質科學研究院研發一種“奈米膠囊”，提供化學動力學療法高效抗癌新方案，治標又治本

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2022年3月1日，中科院合肥物質科學研究院強磁場科學中心王輝研究員帶頭的合作研究團隊在Small發表論文，報道了一種氮摻雜碳包覆的氧化亞銅空心奈米膠囊（HCONC）的製備技術，HCONC在體外和體內實驗中，均呈現出優異的抗腫瘤能力，且沒有引起全身毒性，或可成為高效抗癌新策略。

論文截圖

癌症治療面臨的巨大挑戰

癌症由於其複雜性和不可控制性已成為導致死亡的主要原因之一。傳統的癌症治療手段包括：手術切除、放療和化療。這些治療方式通常只能起到“治標不治本”的效果，而且治療期間和愈後也會給患者帶來身心上的強烈痛楚。

相較於傳統的治療方式，以體積微小著稱的奈米材料在治療過程中能夠特異性的到達腫瘤區域併發揮治療作用，卻又不展現出明顯的毒副作用，達到了“治標又治本”的效果。因而，近年來，響應腫瘤微環境（TME）的化學動力學療法（CDT）受到廣泛關注。儘管CDT具有侵襲性小、腫瘤病灶靶向性高的優勢，但這種療法仍面臨巨大挑戰。

CDT是一種基於奈米酶的芬頓或類芬頓反應的治療方法，可以在缺氧的腫瘤細胞中將H2O2原位分解成·OH［1］。傳統CDT主要集中在Fe2+介導的芬頓反應，而卻受到較強酸環境和較低反應速率的限制。此外，腫瘤細胞中谷胱甘肽（GSH）的過表達也會破壞細胞內毒性活性氧（ROS），導致治療效果受限。

對此， Cu+介導的化學動力學治療受到了研究團隊的注意，其催化效率和反應條件要顯著優於傳統的Fe2+，同時，Cu+/Cu2+的低氧化還原電位能夠有效的消耗腫瘤細胞中的GSH，阻止其對新生的ROS產生破壞。但是，亞銅基奈米催化劑容易被氧化和可能存在的金屬離子洩漏進而引發毒性等問題，這嚴重限制了其在癌症治療中的應用。因此，開發一種具有良好生物相容性的亞銅基奈米催化劑來清除過表達的GSH以增強CDT療效是十分必要的。

HCONC：減毒增效，雙管齊下

在這項研究中，研究團隊致力於氧化亞銅奈米晶體表面改性，合成了HCONC奈米膠囊。這種由奈米顆粒組成的“奈米膠囊”不同於傳統意義上的“膠囊”概念，它是在中空的氧化亞銅奈米晶體的表面附著一層氮摻雜碳的薄層從而形成“膠囊”式的核-殼結構，這一獨特的設計既能阻止內部氧化亞銅的氧化，也能提升材料整體的生物相容性和生物安全性，達到特定部位釋放Cu+；而釋放於TME中的Cu+還可分解過表達的GSH以保護新生的ROS，完成化學動力學治療癌症的過程。

HCONC催化的級聯反應用於腫瘤的化學動力學治療示意圖 | 參考文獻［2］

團隊的這一預想在體外和體內實驗均得到了驗證：HCONC 具有優秀的殺傷腫瘤細胞並抑制腫瘤組織生長的治療效果，且不會引起全身毒性，是減毒增效的雙實現。

本次氮摻雜碳包覆的氧化亞銅空心奈米膠囊的研發，是奈米材料介導的化學動力學治療在抗擊癌症方面的又一成功實踐。另外，論文共同第一作者錢勇告訴果殼，奈米材料多采用自然界中已存在的材料為載體，且製備簡易，價格低廉，後續降解過程也相對環保，達到“取之自然，還之自然”的目的，響應國家節能減排的號召。

最佳化與推廣：HCONC未來可期

本次研發的奈米膠囊顯示出在化學動力學治療癌症領域的巨大潛力。目前，團隊正在嘗試用相同的技術對其它的金屬基催化劑進行研究，相關成果還在進一步整理中。同時，團隊也表示，正準備對相關的材料進行更進一步的改進。根據現有的研發成果，相關的治療效果並未達到十分完美的地步。因此，考慮到材料本身獨特的空心結構，可以進一步填充抗癌特效藥物，例如阿黴素和紫杉醇等，進而增加治療癌症的效果。另外，團隊也在考慮對材料的表面進行改性，使其能夠靶向癌細胞，達到利用最少劑量達到最佳治療效果的目的。

談及臨床轉化，團隊表示，雖然已經提供了材料在動物身上的安全性資料和優異的治療效果，但這只是處於初步研究階段。由於涉及到臨床使用，需要進行更多與體內安全性和有效性相關的臨床前/臨床研究，包括與各種型別病變細胞的特異性結合、生物分佈、代謝、藥效學和藥代動力學。銅離子在人體內引起的毒性尚未探索，臨床應用前還需進一步研究。同時，該系統的複雜性和錯綜複雜的結構特性需要對主客體相互作用和碳包覆氧化亞銅的製備工程有更全面的瞭解，以實現預期的效果。

正如團隊所說，在通往臨床應用的路上，還有很多其他的研究需要展開，但此次氮摻雜碳包覆的氧化亞銅空心奈米膠囊（HCONC）的成功研發無疑是讓人振奮的，這是化學動力學治療的成功實踐，是高效抗癌的又一可能方案——HCONC未來可期。

致謝

感謝論文共同第一作者錢勇對本文的審閱與建議。

參考文獻

［1］ Li， S。-L。， Jiang， P。， Jiang， F。-L。， Liu， Y。， Recent Advances in Nanomaterial-Based Nanoplatforms for Chemodynamic Cancer Therapy。 Adv。 Funct。 Mater。 2021， 31， 2100243。 https：//doi。org/10。1002/adfm。202100243

［2］ Meng， X。， Zhou， K。， Qian， Y。， Liu， H。， Wang， X。， Lin， Y。， Shi， X。， Tian， Y。， Lu， Y。， Chen， Q。， Qian， J。， Wang， H。， Hollow Cuprous Oxide@Nitrogen-Doped Carbon Nanocapsules for Cascade Chemodynamic Therapy。 Small 2022， 2107422。 https：//doi。org/10。1002/smll。202107422

作者：秋秋

編輯：酥魚

排版：尹寧流

題圖來源：參考文獻［2］

論文資訊

釋出期刊 Small

釋出時間 2022年3月1日

論文標題 Hollow Cuprous Oxide@Nitrogen-Doped Carbon Nanocapsules for Cascade Chemodynamic Therapy

（DOI：https：//doi。org/10。1002/smll。202107422）

研究團隊

通訊作者 王輝：中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員。目前主要研究方向為碳基功能奈米材料的合成及其在生物醫學中的應用，包括響應性藥物載體和癌症診斷與治療。

原標題：《中科院合肥物質科學研究院研發一種“奈米膠囊”，提供化學動力學療法高效抗癌新方案，治標又治本》