毛发状自组装金纳米颗粒：采用双重手段治疗癌症！

导读

近日，美国佐治亚理工学院和中国华南理工大学的材料科学家合作研发出一种毛发状自组装金纳米颗粒，通过治疗性药物和加热癌细胞的双重手段治疗癌症。

背景

由自组装的光敏材料制成的"毛发状"纳米颗粒，有朝一日将成为“纳米载体”，从而为医生提供一种同时将治疗性药物和抗癌热量注入到肿瘤中的方法，未来将有望带来一项型技术：让疏水光敏材料和亲水材料，在高分子纳米反应装置中结合，创造出光敏的金纳米颗粒。

特殊波长的光线使得纳米颗粒按需组装和拆装，在体外药物释放过程中，智能地动态组装纳米颗粒。当纳米颗粒结构组装时，在其中包含了化疗分子，这些分子将被吸收进肿瘤中，然后再发射一束波长较短的光线，通过光切割触发拆装。

除了这种动态自组装和拆装之外，化疗分子的组装和释放也可以通过抗癌药物和位于纳米颗粒表面之上的高分子“毛发”之间的可逆共价键实现。金纳米颗粒通过吸收触发药物释放的光线，加热癌细胞，达到双重治疗的效果。

在一系列其他应用中，纳米颗粒自组装工艺可以通过环境因素例如温度、pH值或者合理设计高分子毛发的溶剂极性触发。

创新

在最近的这项研究中，科学家采用的是金纳米颗粒，但是这一过程也可以通过其他各种金属和金属氧化物的自组装实现。通过含有近红外响应成分的吸水聚合物调整纳米颗粒表面，药物释放将可以在体内进行。

这种球形的金纳米颗粒也可以通过更加复杂形状的纳米材料取代，例如：空心纳米颗粒、纳米棒、纳米管，从而更好地吸收能穿透生物组织的近红外线。目前为止，在活细胞或者器官中，还没有测试过这些纳米颗粒。

这项研究由美国空军科学研究局和美国国家科学基金赞助，相关论文发表于1月31日的《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志，美国佐治亚理工学院和中国华南理工大学的材料科学家合著了这篇论文。

（图片来源：Rob Felt, 佐治亚理工学院）

技术

佐治亚理工学院材料科学与工程专业的教授 Zhiqun Lin 表示：“我们展望未来，通过我们鲁棒且可逆的组装和拆装工艺，这些含聚合物的光敏金纳米颗粒有望作为纳米载体用于体内药物释放。在癌症治疗中，这种工艺应用将通过加热癌细胞以及将药物成分释放到肿瘤中，提高疗效。”

在光线下，组装好的光敏纳米颗粒可以通过几小时的光照分开，这一过程可以通过光线的强度和波长进行控制。Lin 补充道：“因为拆装可以随意开关，我们将通过控制短波长光线的照射，让药物按时释放。”

毛发状纳米颗粒在β-环糊精（ beta-cyclodextrin ）微小的核心周围制造，聚合物链poly(acrylicacid)-block-poly(7-methylacryloyloxy-4-methylcoumarin) (PAA-b-PMAMC)从它生长而来。那种材料吸引了可溶于水的金属前体，这种金属前体使用了聚合物毛发中的空间，作为纳米反应装置，形成金纳米颗粒。

在这些内部结构（亲水的PAA聚合物）中，研究人员添加了由疏水单体MAMC制作成的毛发。这些材料对于光线敏感，受到波长365纳米的光线照射时，会引起纳米颗粒通过光二聚过程（交联反应）进行自组装。使用一种254纳米的短波长光线，这种组装工艺可以按照需求可靠地逆转。

Lin 表示：“一旦来自邻近金纳米颗粒的聚合物链开始了光交联，它们会通过自组装工艺使得纳米颗粒聚集到一起，从而生成大型纳米颗粒组合。这项工艺是完全可逆的，并且可以重复许多次。”

（图片来源：Zhiqun Lin 实验室）

研究团队将染料分子加入到自组装的纳米颗粒中，模仿吸收和释放化疗药物成分所要进行的工作。纳米颗粒中吸收了一种磁性金属氧化物，通过外部磁场，它将使得组装的纳米颗粒被定向到肿瘤部位，也能够支持影像诊断。

（图片来源：Rob Felt, 佐治亚理工学院）

除了药物活动以外，当金纳米颗粒暴露于光线中时，它们的等离子体效应也会加热纳米颗粒，通过第二种方式对于癌细胞发起攻击。

价值

除了潜在的医疗用途，自组装技术还可以应用于光学、光电子学、磁技术、传感材料和器件、催化作用以及纳米技术。这项技术也会引发结晶动力学的新的基础研究，使用自组装工艺创造出通过聚合物链结合在一起的“人造晶体”。

几年来，Lin 的实验室一直在研究两亲性星形嵌段共聚物，为纳米颗粒系统开拓新能力。

他表示：“我们的研究提供了一种设计方案，它对于星型嵌段共聚物的外部块和内部块都可以进行操控。我们的基础贡献在于，这项研究明智而审慎地准备了一种星型嵌段共聚物，其中的内部块能够协调金属前体，而外部块能够与感光物质交互，从而制作出光敏的金纳米颗粒，进行光控可逆且可靠的自组装。”

关键字

纳米、癌症、光学

参考资料

【1】http://www.news.gatech.edu/2018/01/31/self-assembled-hairy-nanoparticles-could-give-double-punch-cancer

【2】Yihuang Chen, et al., “Light-enabled reversible self-assembly and tunable optical properties of stable hairy nanoparticles,” (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018). http://www.pnas.org/content/early/2018/01/30/1714748115.

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