“纳米分子导弹”来了 癌细胞从哪里逃脱

世界上的一切都有规律，哪怕是小如细胞，也有规律可循。

一个细胞变成两个细胞，两个细胞变成四个细胞.人体内的所有细胞都是通过这样的分裂过程产生的。正常情况下，人体可以精确控制体内的细胞分裂过程，应该分裂哪些细胞，分裂开始和结束的时间，分裂进行多少次，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约束，开始无休止地分裂。最后，大量细胞聚集在不应发生细胞增殖的地方，表现为肿瘤。细胞分裂失控是肿瘤增殖的重要原因，因此减缓甚至抑制细胞分裂被认为是肿瘤治疗最有效的策略之一。

前不久，中国科学院深圳先进科学研究院的研究团队发现了一种叫做黑磷纳米的材料可以影响细胞分裂的进程，这为肿瘤纳米药物的研发提供了新思路。

8月5日，中国科学院深圳先进研究院李鸿昌团队、于雪峰团队、杨莉团队合作完成该研究成果，发表于国际学术期刊《自然—纳米技术》。研究组副研究员邵明希和研究助理是第一批作者。李鸿昌、于雪峰和杨莉是这篇论文的共同作者。中国科学院深圳先进技术研究院为第一作者、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研发得到了广泛开展。在抗肿瘤领域，纳米药物能够提供更好的靶向性和优异的药物性能，因此备受期待。但现有的纳米药物大多属于纳米载体药物，只是对传统药物进行了改进，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，纳米材料实际上只起到‘壳’的作用。纳米材料能否上升到‘核心药物’的地位，取决于能否找到具有详细生物学机制和明确药物产生机制的纳米材料。”李鸿昌说。

本研究中，研究团队选取了黑磷纳米材料作为研究对象，通过精细的细胞生物学和分子生物学研究，发现纳米材料能够精准靶向细胞内的特定生物分子并获得独特的生物效应，从而提出了基于分子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的路径。

邵介绍，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，在很多领域都有潜在的应用。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，作为一种无机纳米材料，黑磷能否在分子细胞水平上与生命系统相互作用尚不清楚。在这项研究中，研究团队发现，黑磷纳米材料就像“纳米导弹”一样，可以通过这种机制影响细胞分裂的进程，抑制肿瘤细胞的增殖。

基于这一发现，团队提出了“纳米磷治疗”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。

邵说，研究团队首先用低浓度的黑磷纳米材料处理细胞，发现黑磷导致细胞周期停滞在有丝分裂期。随后，研究团队深入挖掘这一现象背后的机制，发现黑磷破坏了细胞有丝分裂核心机——纺锤体的组装。这一机制最终被确定为黑磷引起细胞分裂停滞的直接原因。

“像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激酶是关键的分子开关，其主要功能是控制纺锤体的组装和运转。”李鸿昌说。

他认为，黑磷进入细胞后，通过伪装成PLK1的底物，吸引大量的PLK1蛋白与之结合，使这些PLK1失去活性，进一步造成纺锤体的错误组装，最终阻断细胞分裂的正常进程。

邵表示，基于这一机制，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了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，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两个一级学科，即“材料科学”和“生物学”，因此对研究团队的学术背景要求很高。

在本次研究过程中，研究团队充分发挥了跨学科的特点，自发组建了材料科学与生物学的跨学科研究团队，成功地将“材料”与“生物学”进行了整合。

例如，研究团队中的于雪峰课题组对黑磷纳米材料进行了6年的系统研究，建立了完整的黑磷基纳米材料的制备和应用体系。在研究过程中，主要负责纳米黑磷的制备。和性能研究；李鸿昌课题组精通细胞分裂机制和抗肿瘤药物研发，在研究中引领纳米黑磷的生物机制研究；杨莉课题组在纳米生物学研究方面有着丰富的经验。在研究过程中，提供符合研究方向、适合跨研究团队的新思路，起到“思维润滑”的作用。

“在实际的研究过程中，单个研究小组很难‘既懂材料又懂生物学’。因此，往往难以对跨越多个学科的课题进行深入研究，大部分研究只能‘浅尝辄止’。”李鸿昌说。

他告诉记者，通过“物质人”与“生物人”之间不断的“思想碰撞”，项目组终于发现了无机单质纳米磷材料影响细胞分裂的重要现象，并深入分析了其背后的分子细胞机制。这是中科院深圳先进所秉承“跨学科”理念，坚持“面向世界科技前沿”定位，产生的又一项具有代表性的科研成果。