黑磷抗癌——近紅外激光響應的智能黑磷水凝膠

來源:中國激光    關鍵詞:激光, , 激光技術, , 近紅外激光,    發布時間:2018-01-03

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        近日,由中國深圳大學二維材料光電科技國際聯合實驗室率領的國際研究團隊成功制備出新型抗癌藥物新載體——智能黑磷水凝膠,充分利用其優越的激光響應優勢,可攜帶抗癌藥物,實現精準治療癌癥。本成果有望在不久的將來給百萬癌癥患者帶來福音。
 
癌癥已成為目前危害人類健康的主要疾病之一。癌癥治療所面臨的挑戰包括藥物利用率低,效果差且易復發等問題。據全球癌癥發病和死亡預測數據,2020年預計全球癌癥發病1650.5萬人,死亡人數將達1036.0萬人,中國2030年癌癥病發500萬人,死亡人數將達386萬人。腫瘤發病率/死亡率的升高,推動中國抗腫瘤藥物市場高速發展。據IMS數據,2012 ~ 2016年中國抗腫瘤藥物市場由603億元增長至1109億元,年均復合增長率約為16.5%,預計2018年市場規??蛇_1447億元,未來十年的市場空間依然很大。2020年全球醫療消費將達1.4萬億美元,環比2015年復合增長率為4% ~ 7%。全球抗腫瘤藥物市場復合增長率為6.5%,截至2020年,全球腫瘤藥物花費將超過1500億美元,抗腫瘤藥將占有醫療消費11%的市場。
 
癌癥在世界范圍內嚴重威脅人類的生命健康。針對此問題,深圳大學張晗教授團隊聯合深圳市人民醫院、瑞典卡洛琳斯卡醫學院Yihai Cao教授團隊創新性地設計研發了近紅外光響應的黑磷水凝膠材料,用于抗癌藥物的負載和可控釋放。黑磷由于具有超越石墨烯的優異性能而受到科學界的廣泛關注。黑磷具有可調節直接帶隙、近紅外光響應特性、高光熱轉化效率等。黑磷獨有的生物相容性和可降解性,使其成為優秀的智能光響應生物醫藥材料。
 
黑磷用于在生物醫學領域的應用主要有三大潛力:藥物載體、光熱療法及光動力療法新材料、腫瘤的光聲成像。作為藥物載體,二維黑磷納米片的載藥效率可達950%,并且藥物通過非化學鍵吸附到黑磷納米片時,藥物的活性、靶向性都不受影響,保證了它作為藥物載體的基本要求。黑磷作為藥物載體可用于實體瘤的治療,如肝癌、乳腺癌、肺癌等。通過納米材料在實體瘤中的EPR(增強穿透及滯留)效應的被動靶向以及對黑磷表面進行修飾后的主動靶向,可以將藥物精確地運送到腫瘤內部,實現腫瘤的靶向治療。同時藥物負載在黑磷納米片中,可有效降低血液中的藥物濃度,降低藥物的副作用。而由于黑磷納米片本身可穿透血腦屏障,它也有望將特定的藥物運載到大腦實質,從而在腦部腫瘤的治療中發揮作用。
 
該團隊采用非接觸式探頭超聲液態剝離方法,成功制備了高質量二維層狀磷烯納米片,并與抗癌藥物一起集成到生物可降解溫敏水凝膠材料中,制備出智能黑磷水凝膠材料。該材料可以通過無創方式注射到體內腫瘤組織,在近紅外光的照射下,材料內的黑磷能夠產生局部高熱,這些熱量一方面可以用于腫瘤的光熱治療,另一方面也能夠驅動藥物的釋放。釋放藥物的速率可以通過激光的光場強度、照射時間、黑磷濃度等多種參數進行自動、可控地精確調控,最終達到治療腫瘤的效果。術后該材料自動降解為天然無毒產物,可以極大地改善患者的生存質量。
 
團隊負責人、深圳黑磷光電技術工程實驗室主任張晗教授表示,基于黑磷在生物醫學上所具備的獨特優勢,結合先進激光技術,交叉協調創新,有望為癌癥患者的治療提供新的思路和視野。該研究的成功臨床轉化,將加快人類治愈癌癥的進程。
 
本成果以 Novel concept of the smart NIR-light–controlled drug release of black phosphorus nanostructure for cancer therapy 為題于2018年1月2日發表在PNAS上(DOI: 10.1073/pnas.1714421115)。
 
張晗教授將在第十三屆全國激光技術與光電子學學術會議上就該項成果及黑磷在生物光子技術領域的應用做邀請報告。
 
論文鏈接:
http://www.pnas.org/content/early/2018/01/01/1714421115.abstract
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