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等離激元特性金納米材料遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞內(nèi)生物學(xué)事件

來(lái)源: X-MOL 2017-06-21 15:11:28

自上世紀(jì)初，人類就開始研究超聲或外加磁場(chǎng)介導(dǎo)的高熱治療在臨床醫(yī)學(xué)中的各種應(yīng)用。隨著各種熱療納米材料的發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)，相關(guān)近紅外光吸收能力與高效光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)幫助基于納米特性的熱療在傳統(tǒng)治療中得以實(shí)現(xiàn)更安全、高效、靶向、可控的應(yīng)用。其中，金納米材料的等離激元特性介導(dǎo)的溫和熱刺激（40 ℃ ~ 42 ℃）展現(xiàn)出了獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng)，并為臨床治療提供了全新思路。近日，國(guó)家納米科學(xué)中心的陳春英研究員（點(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)討論和探索了金納米材料介導(dǎo)的局域溫和熱療可以遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞內(nèi)生物學(xué)事件，匯總了該技術(shù)在癌癥治療、組織工程以及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并借此展望這一領(lǐng)域的未來(lái)方向。

金的應(yīng)用已伴隨人類歷史幾千年，基于穩(wěn)定、惰性、容易加工制備等特點(diǎn)，在流通貨幣、美容、珠寶和藝術(shù)裝飾等方面得以重用。不僅如此，納米尺度的金材料更展現(xiàn)出特有的物理化學(xué)性質(zhì)?；谄渚钟虮砻娴入x子體共振（LSPR）的特性，金納米材料在近紅外光激發(fā)的光熱治療中展現(xiàn)了優(yōu)異的特性。通過(guò)設(shè)計(jì)各類不同形貌、尺寸和比例的金納米材料，人們可以調(diào)控金納米材料的近紅外光吸收波段、光熱轉(zhuǎn)化效率、靶向組織富集以及體內(nèi)代謝等，從而擴(kuò)展該類材料在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范圍。

不同于傳統(tǒng)熱療，金納米材料可靶向局部組織，在特定病灶區(qū)域?qū)崿F(xiàn)溫度可控的精準(zhǔn)溫和熱療(~42 ℃)以及高熱療法(hyperthermia)。近年來(lái)，越來(lái)越多的工作關(guān)注了金納米材料介導(dǎo)的溫和熱療在細(xì)胞和組織層面展現(xiàn)的特有生物效應(yīng)。在癌癥治療中，42 ℃的溫和熱療會(huì)特異性殺傷對(duì)溫度敏感的癌細(xì)胞。陳春英團(tuán)隊(duì)的研究表明，溫和熱刺激可改變腫瘤組織中血管的滲透性，從而提高抗癌納米藥物在腫瘤組織的靶向富集和運(yùn)輸效應(yīng)。與此同時(shí)，溫和熱療可通過(guò)刺激細(xì)胞內(nèi)熱休克蛋白三聚體的表達(dá)，降低癌細(xì)胞的耐藥性。金納米材料介導(dǎo)的溫和熱療在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也展現(xiàn)了獨(dú)特應(yīng)用，例如神經(jīng)元細(xì)胞激活、心肌細(xì)胞修復(fù)、骨質(zhì)疏松抑制以及間充質(zhì)干細(xì)胞促增殖與分化等等。SiO2包被金納米棒具有增強(qiáng)心臟細(xì)胞伸展性和排列的性能，還可增強(qiáng)聽覺(jué)神經(jīng)元的電活動(dòng)。 ACS Nano 最新發(fā)表了Suzuki和Ciofani等人的相關(guān)工作——利用SiO2核金為殼的核殼金納米材料(Gold nanoshell)產(chǎn)生的溫和熱療可以增強(qiáng)肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白作用，提高心肌細(xì)胞線粒體的產(chǎn)生，從而顯著激活肌管細(xì)胞的收縮并提高其生存能力。由此可見，與傳統(tǒng)熱療不同，金納米材料介導(dǎo)的溫和熱療在腫瘤治療、組織工程與再生醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，為我們提供了全新的視野與研究方向。

盡管研究前景廣闊，納米材料在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的生物相容性與安全性仍需要深入研究。與此同時(shí)，人們還需要更系統(tǒng)深入地探索理解不同形貌與尺寸的金納米材料在活體組織中的富集效率與清除機(jī)制，從而有效地利用近紅外激發(fā)的溫和熱療功效真正造福臨床醫(yī)學(xué)。這一報(bào)道近期發(fā)表在ACS Nano 上，文章的第一作者是國(guó)家納米科學(xué)中心的副研究員李佳陽(yáng)，通訊作者為國(guó)家納米科學(xué)中心的研究員陳春英。

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