徐麗霜，隋麗麗，葛欣，張俊

（1.沈陽醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2016級8班，遼寧 沈陽 110034；2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室）

腫瘤光動(dòng)力治療法是指采用適當(dāng)波長的光照射腫瘤細(xì)胞攝入的特定化學(xué)物質(zhì)（光敏劑），經(jīng)過一系列光物理、光化學(xué)及生理反應(yīng)殺傷腫瘤細(xì)胞的方法。光敏劑的選擇是光動(dòng)力治療的關(guān)鍵，隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的快速發(fā)展，光敏劑的研發(fā)引起人們的重視［1-2］。納米二氧化鈦（TiO2）作為新一代光敏劑的代表，具有較好的生物相容性、較高的光催化活性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及無毒性等諸多優(yōu)點(diǎn)，在光動(dòng)力治療中顯示出其巨大的優(yōu)勢與應(yīng)用價(jià)值，是近年來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［3-4］。本文系統(tǒng)地闡述了納米TiO2的晶型結(jié)構(gòu)，作為抗癌光敏劑滅殺腫瘤細(xì)胞的工作原理及其研究進(jìn)展，納米TiO2光催化滅殺腫瘤細(xì)胞的治療方法安全、微創(chuàng)，是現(xiàn)今具有應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Φ目拱┕饷魟┲弧?/p>

1 納米TiO2的晶型結(jié)構(gòu)

納米TiO2的晶型主要有銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型，3種晶相的基本結(jié)構(gòu)單元都是相互連接的TiO2八面體，只是八面體的畸變程度和相互連接方式不同［5］。從熱力學(xué)角度來看，板鈦礦相TiO2晶型極不穩(wěn)定，銳鈦礦TiO2是亞穩(wěn)定相，金紅石相屬于穩(wěn)定相，焙燒升溫的過程中TiO2會(huì)由銳鈦礦型逐漸轉(zhuǎn)化為金紅石型。研究表明，腫瘤光動(dòng)力治療中TiO2光敏劑主要選用的是銳鈦礦型和金紅石型［6-8］。TiO2的晶相結(jié)構(gòu)是影響其光催化活性的重要因素之一，控制納米TiO2的晶相轉(zhuǎn)變，制備出具有良好光催化性能的納米TiO2產(chǎn)品，對光動(dòng)力法治療腫瘤細(xì)胞具有重要意義。

2 納米TiO2光敏劑光動(dòng)力滅殺腫瘤細(xì)胞的機(jī)制

腫瘤是正常細(xì)胞在外來和內(nèi)在有關(guān)因素長期作用下出現(xiàn)過度增生或異常分化而形成的新生物質(zhì)［9］。光動(dòng)力治療是通過光敏劑的光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行治療，基于光敏劑對正常組織細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的親和性不同，有選擇性地只在腫瘤組織內(nèi)進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到滅殺腫瘤細(xì)胞的目的。光敏劑利用特定波長的光激發(fā)，在基態(tài)吸收光子后從激發(fā)單線態(tài)轉(zhuǎn)變至激發(fā)三線態(tài)［10］。激發(fā)三線態(tài)光敏劑可作用于組織底物或氫原子或電子，其產(chǎn)物可再與三重態(tài)的氧分子作用形成氧化物，也可直接將能量轉(zhuǎn)移給氧形成單線態(tài)氧，從而產(chǎn)生氧化活性分子，使有機(jī)體細(xì)胞或生物分子的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變和破壞，積累的氧化損傷超過一定閾值時(shí)，這些作用就可殺死腫瘤細(xì)胞［11-12］。

納米TiO2是一種N型半導(dǎo)體，銳鈦型和金紅石型的禁帶寬度（帶隙）分別為3.2 eV和3.0 eV，當(dāng)用能量大于或等于禁帶寬度的光照射納米TiO2時(shí)，可激發(fā)價(jià)帶電子向?qū)кS遷，形成高度活性的光生空穴電子對（e-）-（h+），光生空穴具有強(qiáng)氧化性，光生電子具有強(qiáng)還原性。在空間電場的作用下，電子和空穴被分離并遷移到TiO2顆粒表面的不同位置。TiO2若置于水中，則吸附于TiO2顆粒表面的水分子被光生空穴氧化，生成·OH、H2O2、HO2·等活性氧類，與多種生物大分子發(fā)生氧化反應(yīng)，可攻擊腫瘤細(xì)胞，達(dá)到殺滅腫瘤細(xì)胞的目的［13-14］。

3 納米TiO2光敏劑滅殺腫瘤細(xì)胞的研究進(jìn)展

20世紀(jì) 90年代，F(xiàn)ujishima等［15］首次開展了納米TiO2抗癌光敏劑滅殺腫瘤細(xì)胞的研究，通過熱解技術(shù)將TiO2薄膜沉積于涂覆有SnO2的玻璃片上，在TiO2薄膜上培養(yǎng)宮頸癌HeLa細(xì)胞，利用TiO2薄膜做工作電極，以Ag/AgCI和Pt分別作參比電極，電解液采用磷酸鹽溶液。使用500 W高壓汞燈照射TiO2電極，發(fā)現(xiàn)當(dāng)TiO2電極電位為0.5 V時(shí)，TiO2電極上的HeLa細(xì)胞被完全殺死。之后他們又進(jìn)行了光激發(fā)TiO2顆?？鼓[瘤活性的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在體外光激發(fā)TiO2顆粒對HeLa細(xì)胞具有顯著的殺滅效果，在體內(nèi)具有顯著的抗腫瘤效果。

黃寧平等［16］制備了超微粒TiO2溶膠，使用300～400 nm的長波紫外光為光源，以組織細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞U937為研究對象，經(jīng)過光催化氧化后納米TiO2對U937細(xì)胞有明顯的殺傷作用，光照30 min后，細(xì)胞存活率幾乎為0。

王浩等［17］應(yīng)用TiO2光催化性能進(jìn)行了滅殺宮頸癌Hela細(xì)胞的試驗(yàn)，結(jié)果證明，TiO2濃度在200μg/ml，紫外光照射50 min時(shí)，對宮頸癌細(xì)胞有明顯的滅殺作用。

Zhang等［18］采用溶膠-凝膠法制備了 TiO2溶膠，研究光誘導(dǎo)納米TiO2對人結(jié)腸癌細(xì)胞Ls-174-t的光催化殺傷作用，采用MTT法檢測細(xì)胞活力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米TiO2溶膠濃度在200～1 029μg/ml對Ls-174-t細(xì)胞有顯著的殺傷效果；在1 000μg/ml TiO2存在下，紫外光照射10 min可殺死44%的細(xì)胞，紫外光照射30 min可殺死88%的細(xì)胞，表明當(dāng)TiO2溶膠濃度一定時(shí)，紫外光照射時(shí)間越長，紫外光激發(fā)TiO2溶膠對Ls-174-t細(xì)胞的殺傷性越強(qiáng)。

許娟等［19］利用免疫方法把抗結(jié)腸癌細(xì)胞LoVo表面抗原CEA的抗體吸附在納米TiO2粒子表面，抗體-納米TiO2可自動(dòng)吸附到LoVo細(xì)胞表面，利用電穿孔法使其進(jìn)入LoVo細(xì)胞中，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在含有3.12 μg/ml抗體-納米TiO2的細(xì)胞培養(yǎng)液內(nèi)，紫外光強(qiáng)度為4 mW/cm2，只需30 min就可將所有LoVo癌細(xì)胞殺死；此法對不表達(dá)CEA的人正常皮膚細(xì)胞TE353.sk的殺傷力顯著降低，顯示該方法滅殺癌細(xì)胞具有很高的選擇性。此方法可將生物和電化學(xué)技術(shù)聯(lián)合，在納米TiO2濃度很低的情況下提高了納米TiO2滅殺腫瘤細(xì)胞的能力，方法簡單可行，適用面廣，發(fā)展前景良好。

夏春輝等［20］研究了納米TiO2對胃癌SGC-7901細(xì)胞的殺傷作用，發(fā)現(xiàn)光激發(fā)納米TiO2有明顯的抑瘤效果，且抑瘤率較高，TiO2濃度為300 μg/ml時(shí)，其過程表現(xiàn)出類似一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的規(guī)律，光激發(fā)納米TiO2殺傷SGC-7901細(xì)胞的作用表現(xiàn)為細(xì)胞壞死和細(xì)胞凋亡兩種形式。

張樹超等［21-22］將層狀鈦酸鹽 H2Ti3O7納米纖維經(jīng)過煅燒、酸性水熱反應(yīng)、高溫及熱處理等方式，制備出了新型的TiO2復(fù)合納米纖維。然后將其加入宮頸癌HeLa細(xì)胞中一起培養(yǎng)，觀察貼壁HeLa細(xì)胞在加入納米纖維之后的形態(tài)學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)TiO2復(fù)合納米纖維具有很好的生物相容性，有向HeLa細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行聚集的趨勢而不改變細(xì)胞形態(tài)。利用MTT實(shí)驗(yàn)檢測了HeLa細(xì)胞在光動(dòng)力作用之后的增殖變化，利用流式細(xì)胞術(shù)檢測了TiO2復(fù)合納米纖維在光動(dòng)力作用下對HeLa細(xì)胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)無光動(dòng)力作用存在時(shí)，TiO2復(fù)合納米纖維對HeLa細(xì)胞的增殖并無影響，而在光動(dòng)力作用下，HeLa細(xì)胞的增殖明顯受到抑制，細(xì)胞凋亡也顯著增加。

4 小結(jié)與展望

納米TiO2腫瘤光動(dòng)力法是一種新型的癌癥治療技術(shù)，因?yàn)榧{米TiO2穩(wěn)定、無毒、對癌細(xì)胞殺傷能力強(qiáng)，且不會(huì)引起白細(xì)胞減少，這項(xiàng)技術(shù)在生物領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等都有廣泛的應(yīng)用前景。隨著納米醫(yī)學(xué)、生物和光學(xué)等學(xué)科的發(fā)展和融合，納米TiO2腫瘤光動(dòng)力法會(huì)成為臨床腫瘤治療的重要手段之一。納米TiO2作為光敏劑有其突出的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也不容忽視。此項(xiàng)技術(shù)在實(shí)施時(shí)要求一定的TiO2濃度，一定的紫外光照射時(shí)間，而且選擇性殺傷的控制性不夠強(qiáng)［23-24］。因此，如何穩(wěn)定提高納米TiO2可見光利用率及其對腫瘤細(xì)胞的選擇性殺傷作用，有待于進(jìn)一步的研究與實(shí)踐。此外，在納米TiO2制備和臨床實(shí)際應(yīng)用方面都需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，還需要對抗癌機(jī)制進(jìn)行深入研究，以期提高納米TiO2的光動(dòng)力殺傷效果。