深圳科学家提出肿瘤精准靶向新策略“纳米磷疗法”

在过去的几十年里，基于纳米技术的药物研发得到了广泛的开展。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。但目前已上市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外壳的作用。纳米材料能否上升到“核心药物”的地位，取决于能否找到生物机制详细、药物制备机制明确的纳米材料。

对于这个问题，深圳的科学家给出了自己的答案。8月5日，中国科学院深圳先进技术研究院李鸿昌、于雪峰、杨莉合作的研究成果在纳米领域国际顶级期刊《自然—纳米技术》上发表。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。

据悉，课题组副研究员邵、研究助理为论文联合第一作者，于雪峰、杨莉为论文共同作者，中国科学院深圳先进技术研究院为唯一第一单位和通讯作者单位。

以细胞分裂为目标的“纳米分子”

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种分裂产生的。正常情况下，人体可以精确控制体内的细胞分裂过程。哪些细胞应该分裂？分裂是什么时候开始的？什么时候结束？分裂发生了几次？所有这些都需要遵循严格的秩序。但当癌症发生时，少数细胞摆脱这些规律，开始无休止地分裂，最后在不应发生细胞增殖的地方产生大量细胞聚集，表现为肿瘤。由于不受控制的细胞分裂是肿瘤增殖的重要原因，减缓甚至抑制细胞分裂被认为是最有效的肿瘤治疗策略之一。

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，在许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，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，目前尚不清楚。在这项研究中，研究团队发现黑磷纳米材料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。

该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中。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，黑磷进入细胞后，通过伪装成PLK1的底物，吸引了大量的PLK1蛋白与之结合，失去了这些PLK1的活性，进一步造成纺锤体的错误组装，最终阻断了细胞分裂的正常进程。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确实具有优异的抗肿瘤作用。

学科间的思想碰撞

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。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制备及应用体系，主要负责研究过程中纳米黑磷的制备及性能研究。李鸿昌课题组精通细胞分裂机制和抗肿瘤药物的研发，主导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，通过“物质人”与“生物人”之间不断的“思想碰撞”，项目组最终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。这是中国科学院深圳先进技术研究院秉承“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。