一直以来，理大生物及化学专家致力于研发药物以提升疾病治疗效果，尤其在抗癌药物研发方面取得了不少突破。
近日，理大常务及学务副校长、应用生物及化学科技学系化学科技讲座教授黄永德教授带队研发了一种针对肿瘤治疗的新型仿生纳米材料。据黄永德教授介绍，采用该材料治疗癌症，不仅可以首次实现“免疫疗法”与“光热疗法”两种新疗法相结合的治疗方式，还能利用该材料的三种成像模式(核磁共振成像、光声成像、光热成像)实现多方位的肿瘤精准诊断，并能将诊断、治疗、疗效监控等功能一体化，为研发具有靶向性、高疗效和安全性的新一代诊疗一体化纳米材料提供了实用的设计蓝本。
理大应用生物及化学科技学系科研团队合照
(左起)卢伟森博士、黄永德教授、谷艳娟博士、博士生方雪杨
“免疫疗法”与“光热疗法”协同应用
目前，治疗恶性肿瘤的主要方法如手术切除、化疗、放疗等，各有局限性和副作用，而“免疫疗法”和“光热疗法”则是新型的肿瘤治疗方式。黄永德教授团队成员、理大应用生物及化学科技学系卢炜森博士介绍：“‘免疫疗法’和‘光热疗法’有望为癌症治疗提供更多选择，我们团队研发的仿生纳米片使我们能够将这两种方法结合起来进行协同治疗。通过在结肠癌肿瘤治疗实验中应用协同疗法，我们发现它比单一疗法更有效，对人体的副作用也更少。”
免疫系统是人体的防护系统，能够攻击一些入侵身体的细菌和病*。其中，免疫系统的T淋巴细胞可以将产生特殊抗原反应的目标细胞(包括癌细胞)杀灭，功能就像一个“杀手”。然而，医学研究发现，免疫T细胞上存在一种名为“PD-1(programmedcelldeathprotein1)”的分子，而癌细胞上则存在着一种名为“PD-L1(programmedcelldeath-ligand1)”的分子；癌细胞会通过其表面的PD-L1与免疫T细胞上的PD-1结合，抑制人体免疫系统的活化能力，使免疫T细胞不攻击癌细胞，癌细胞因此得以“生存”。理大团队研发的新型纳米材料采用了超薄的二维纳米材料铁磷硒(FePSe3)，上面载有“抗PD-1多肽(anti-PD-1peptide)”药剂，可以阻断PD-1与PD-L1的结合，使免疫T细胞发挥正常功能，通过强化机体免疫系统、实现免疫治疗。
在具体的操作中，团队用癌细胞膜包裹纳米片，形成具有肿瘤细胞膜特性的仿生纳米材料，将其“伪装”成与癌细胞类似的样子、有效地靶向肿瘤位置。这些仿生纳米材料被注入生物体内后，会黏附在真正的癌细胞上，然后纳米片上的癌细胞膜会慢慢剥落分离，剩下里面的纳米片，开始进行免疫疗法。
理大研发的仿生纳米片药液供静脉注射(右)与铁磷硒粉末(左)
卢炜森博士解释：“由于机体免疫系统会对外物产生排斥，使载有抗PD-1多肽药剂的纳米材料无法到达肿瘤部位，而癌细胞膜具有肿瘤靶向的特性，可利用物以类聚的原理，当由癌细胞膜包裹着的纳米材料在血液中运行时，遇到同类癌细胞便会被吸引过去，直接到达肿瘤部位发挥作用。此外，二维材料的表面面积大，有利于提高抗PD-1多肽的载药率，从而提高治疗成效，同时降低用药剂量、减少副作用。”
另外，理大所选的纳米材料本身具有良好的光热转换效能，可以在近红外激光照射下产生大量的热，直接将肿瘤细胞杀死，达到光热疗法的效果。这一过程中产生的热能够进一步促进免疫治疗，提高免疫疗效，实现一加一大于二的协同治疗效果、有效抑制肿瘤生长。
三种成像模式助实时监测治疗效果
理大研发的仿生纳米材料还能达到诊疗的功效。利用铁磷硒(FePSe3)在磁、光、热等方面的特性，这种材料具有三种不同的成像功能：核磁共振成像(magneticresonanceimaging)、光声成像(photoacousticimaging)、光热成像(photothermalimaging)，可以追踪、定位肿瘤和纳米材料，实现多方位的肿瘤精准诊断。
理大的新型纳米材料不仅可以实现肿瘤的成像和治疗，还能实时监测治疗效果，将诊断、治疗和疗效监控等功能一体化。理大科研团队在一批有皮下结肠癌的小鼠身上进行了实验，实验结果显示表明，在进行了25天协同治疗后，肿瘤的体积明显缩小，小鼠存活率比起其他对照组提高了三倍，小鼠心肝脾肺肾等主要器官也没有明显损伤，证明这种疗法的安全性表现理想。研究团队还利用仿生纳米片的核磁共振成像和光声成像功能进行了24小时观察，可见该纳米诊疗材料能有效靶向聚集在小鼠的皮下结肠癌肿瘤位置。通过光热成像也可以见到纳米材料在受到近红外的激光光照下，几分钟后就可以产生局部热。这种多模态成像功能证实了理大的仿生纳米片可以全方位、多角度、精准地检测评估肿瘤的发展情况，配合协同治疗效果，实现诊疗一体化。
卢伟森博士(右)与谷艳娟博士介绍新型仿生纳米材料
“针对目前医学界缺乏高效而安全的诊疗材料的问题，我们团队所研发的仿生纳米材料在应用方面前景可期。未来，我们会进一步探讨在其他癌症治疗上应用这种纳米材料的可能性，并研究它在生物体内的代谢情况，期望更多癌症病人可从这种崭新的诊疗方法中获益。”卢炜森博士说。