“纳米分子导弹”来了 癌细胞哪里逃

从左到右依次为共同通讯作者李阳、共同第一作者邵锡明、共同作者——论文通讯作者。李鸿昌和论文的共同通讯作者于雪峰。

图片由中国科学院深圳高级研究所提供

< p>黑磷纳米材料阻断细胞有丝分裂的分子机制。中科院深圳高级研究所供图

一个细胞变成两个细胞，两个细胞变成四个细胞……人体内所有的细胞都是通过这个分裂过程产生的。在正常情况下，人体可以精确控制体内细胞分裂的过程——哪些细胞应该分裂，分裂什么时候开始，什么时候结束，分裂应该进行多少次。所有这些都需要遵循严格的顺序。

然而，当癌症发生时，少数细胞摆脱了这些规则的束缚，开始无休止地分裂。最终，在不应发生细胞增殖的部位出现大量细胞聚集，这就是肿瘤。不受控制的细胞分裂是肿瘤不断增殖的重要原因。因此，减缓甚至抑制细胞分裂被认为是治疗肿瘤最有效的策略之一。

不久前，中科院深圳先进所研究团队发现一种名为黑磷纳米材料的材料可以影响细胞分裂的进程，从而为研究提供了新思路肿瘤纳米药物的研发。

8月5日，中科院深圳先进院李鸿昌团队、于雪峰团队和李阳团队共同完成的研究成果发表在国际学术期刊《自然-纳米技术》上.李鸿昌课题组邵锡明副研究员、研究助理丁志浩为该论文的第一作者。副研究员李鸿昌、于雪峰和李阳为论文的共同通讯作者。中国科学院深圳先进技术研究院为第一作者和通讯作者。

李鸿昌说，在过去的几十年里，基于纳米技术的药物开发得到了广泛的开展。在抗肿瘤领域，纳米药物可以提供更好的靶向性和优异的药物特性，因此被寄予了很高的期望。然而，现有的纳米药物大多是纳米载体药物。这种药物只是传统药物的改进，纳米材料只是作为药物载体。

“如果把整个纳米药物比作一个胶囊，纳米材料实际上只是起到一个‘壳’的作用。纳米材料能否上升到‘核心药物’的地位，关键在于他们可以找到具有生物学机制和明确药物制造机制的详细纳米材料。”李鸿昌说。

在这项研究中，研究团队选择了黑磷纳米材料作为研究对象。通过仔细的细胞生物学和分子生物学研究，发现纳米材料可以精确靶向细胞中的特定生物分子。凭借独特的生物学效应，提出了基于分子和细胞生物学机制的纳米精准分子靶向药物的概念，为纳米药物研发开辟了新途径。

邵锡明介绍，黑磷作为一种由单一磷元素组成的新型纳米材料，具有独特的分子结构和界面特性，在诸多领域具有应用潜力。此前，研究团队发现黑磷具有较高的生物活性和生物降解性，在肿瘤治疗等生物医学领域具有良好的应用潜力。

然而，黑磷作为一种无机纳米材料，能否在分子细胞水平上与生命系统相互作用，目前仍是未知数。在这项研究中，研究小组发现，黑磷纳米材料就像“纳米导弹”，可以影响细胞分裂的进程，并以此作为抑制肿瘤细胞增殖的机制。

基于这一发现，团队提出了精准靶向肿瘤“纳米磷疗法”的新概念，为未来开发基于黑磷的新型肿瘤治疗药物奠定了科学基础。

邵希明表示，研究团队首次使用低浓度黑磷纳米材料处理细胞，发现黑磷在有丝分裂期导致细胞周期停滞。随后，该团队深入探索了这一现象背后的机制，发现黑磷破坏了细胞有丝分裂的核心机器纺锤体的组装。这种机制最终被确定为黑磷引起细胞分裂停滞的直接原因。

“与生物体中的其他生命过程一样，细胞分裂需要许多生物分子的参与，其中PLK1激酶是一个非常关键的分子开关，其主要功能是控制纺锤体的组装和运行。 ”李鸿昌说。

据他介绍，进入细胞后，黑磷伪装成PLK1的底物，吸引大量PLK1蛋白与其结合，失去这些PLK1的活性，进一步导致错误组装纺锤体，最终阻断细胞分裂的正常进程。

邵希明说，基于这种机制，黑磷纳米材料被赋予了基本的抗肿瘤药物特性。在随后的动物实验中，研究团队利用小鼠荷瘤模型进一步证实黑磷具有抗肿瘤作用。

磷是自然界中普遍存在的非金属元素，也是地球上所有生命形式的重要组成部分。研究磷与生命系统的相互作用对于理解生命规律和生命演化具有重要意义，但相关研究工作的开展需要跨越“材料”和“生物学”两个一级学科，因此对研究团队重要的学科背景提出了非常高的要求。

在本次研究过程中，研究团队发挥交叉学科的特点，自发组建了材料科学与生物学的交叉学科研究团队，成功地将“材料”与“生物学”进行了深度融合。

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0811/1177.html