梁曉陽(yáng)，王思宇，周岳，李雯，李楠

（天津大學(xué)藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 天津市現(xiàn)代藥物傳遞及功能高效化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

長(zhǎng)期以來(lái)，癌癥以其居高不下的發(fā)病率及不斷增多的類型成為嚴(yán)重危害人類健康的疾病之一[1-3]。傳統(tǒng)的治療方式如手術(shù)、化療、放療等，多會(huì)面臨腫瘤組織切除不凈、多藥耐藥、毒副作用及差異性大等問題，從而導(dǎo)致治療失敗或復(fù)發(fā)，給患者和社會(huì)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[4]。因此，開發(fā)新型腫瘤治療方式成為現(xiàn)階段基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)以及藥學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù)。近年來(lái)，生物納米材料憑借自身獨(dú)特的給藥優(yōu)勢(shì)及在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力受到業(yè)內(nèi)極大關(guān)注[5-6]。

基于高分子材料的有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體是指有機(jī)高分子材料與無(wú)機(jī)納米粒子通過一定的方法制備得到的具有特殊功能的納米級(jí)別雜合體。在雜合的過程中，兩相界面間會(huì)存在某些相互作用力如靜電作用、氫鍵等，因此雜合體兼具了有機(jī)高分子材料和無(wú)機(jī)納米粒子的優(yōu)勢(shì)，如良好的穩(wěn)定性、相對(duì)較高的安全性以及環(huán)境智能響應(yīng)釋藥等。此外，我們還可通過調(diào)節(jié)有機(jī)/無(wú)機(jī)組分配比實(shí)現(xiàn)納米雜合體形貌、尺寸以及功能等多方面的選擇性調(diào)控，突破單組分在應(yīng)用過程中面臨的諸多局限[7-8]。因此，我們期望通過合理的設(shè)計(jì)并采用有效的方法或策略制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體，使其呈現(xiàn)協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)多功能聯(lián)合，克服當(dāng)前腫瘤治療的不足，拓展其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

本文綜述了近年來(lái)基于高分子材料的有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體用于腫瘤治療的研究進(jìn)展：簡(jiǎn)介有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體的組成成分及特點(diǎn)，總結(jié)常用的制備方法，為納米雜合體的合理設(shè)計(jì)提供參考和借鑒；重點(diǎn)介紹了納米雜合體在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，并討論納米雜合體面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)研究的發(fā)展方向。

1 有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體的構(gòu)建

有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體在結(jié)構(gòu)和功能上并不只是單純的加和，更重要的是在保證形成雜合體的基礎(chǔ)上如何最大限度地發(fā)揮協(xié)同作用，因此在構(gòu)建雜合體之前需要對(duì)各組分的類別、作用及功能有詳盡的了解，然后根據(jù)雜合體的功能進(jìn)行有機(jī)組分、無(wú)機(jī)組分以及構(gòu)建方法的篩選與確定。以下將主要介紹有機(jī)與無(wú)機(jī)組分的基本信息及構(gòu)建策略。

1.1 有機(jī)組分

有機(jī)組分主要是指以高分子材料為主的高聚物，具有結(jié)構(gòu)多樣、刺激響應(yīng)、可修飾等特點(diǎn)，因此在應(yīng)用過程中可根據(jù)腫瘤組織微環(huán)境的特點(diǎn)如pH、溫度、酶等進(jìn)行合理選擇和設(shè)計(jì)，在將藥物高效遞送至腫瘤部位的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)響應(yīng)釋放，提高藥物的生物利用度。常見的基于高分子材料的有機(jī)組分主要有聚乙二醇（PEG，1）[9]、聚乙烯亞胺（PEI，2）[10]、聚乳酸羥基乙酸（PLGA，3）[11]、聚乙烯吡咯烷酮（PVP，4）[12]等。

1.2 無(wú)機(jī)組分

無(wú)機(jī)組分主要是指尺寸介于1 ～ 100 nm間的無(wú)機(jī)納米粒子。其具有體積效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等特點(diǎn)，因此賦予了自身光學(xué)、磁性、酶活性等功能。相關(guān)功能的深入研究，極大拓寬了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。常見的無(wú)機(jī)納米粒子主要有二氧化硅[13-14]、金[15-16]、銅[17]等。此外，李楠課題組構(gòu)建了一系列不同形貌及功能的無(wú)機(jī)納米粒子，如金納米搖鈴[18]、介孔二氧化硅棒[19]、金銀空心三角[20]、金銅截角八面體[21]、金納米星[22]、鈀納米二階魔方[23]等（見圖1）。

圖1 不同形貌的無(wú)機(jī)納米粒子[18-23]Figure 1 Inorganic nanoparticles with different morphologies

1.3 納米雜合體的構(gòu)建策略

隨著對(duì)有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體的研究逐步深入，納米雜合體越來(lái)越向多元化發(fā)展，科研人員對(duì)其制備方法的研究也更加系統(tǒng)。目前有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體的制備方法主要包括“一鍋”法、包裹法、原位聚合法、自組裝法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等[24-28]。本文主要介紹常用的幾種典型制備方法。

1.3.1 “一鍋”法“一鍋法”通常是指無(wú)機(jī)組分在有機(jī)組分的存在下，通過一步反應(yīng)直接形成納米雜合體的過程?！耙诲伔ā弊鳛闃?gòu)建有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體中最簡(jiǎn)單有效的一種方法，被廣泛應(yīng)用于納米雜合體的制備。其中以PEG化的納米雜合體最為常見。Liu等[29]以二硫化鉬納米點(diǎn)水溶液為基礎(chǔ)體系，依次向上述溶液中加入十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、氫氧化鈉、硅酸乙酯（TEOS）、乙酸乙酯、聚乙二醇硅烷，通過一步反應(yīng)制備了PEG化的二硫化鉬（MoS2）@二氧化硅（SiO2）納米雜合體，隨后又將鋁酞菁（aluminum phthalocyanine，AlPc）和殼聚糖（chitosan，CS）負(fù)載至上述載體中，得到了用于光熱、光動(dòng)力聯(lián)合治療的納米雜合體（AlPc-MoS2@SiO2-CS）。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明，該納米雜合體既可實(shí)現(xiàn)抗腫瘤治療又兼具光熱、光聲及電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）成像等功能。

1.3.2 包裹法包裹法是指通過非共價(jià)鍵的相互作用將高分子材料與無(wú)機(jī)納米粒子進(jìn)行復(fù)合進(jìn)而構(gòu)建納米雜合體。如Kang等[30]首先在油胺和油酸體系中分別制備了硫化鉍（CBS）納米粒子和鈉釓氟（DC）納米粒子，并采用揮發(fā)自組裝對(duì)其表面修飾PVP，隨后將硝酸鋅的甲醇溶液加入到上述混合體系中靜置得到沸石咪唑骨架（ZIF-8）包覆的二元雜合體，離心收集后，浸入到鹽酸阿霉素（DOX）的甲醇溶液中，避光反應(yīng)后得到CBS&DC-ZIF-8@DOX的三元納米雜合體。通過該方法制備的多元納米雜合體突破了ZIF-8包覆單一無(wú)機(jī)納米粒子的局限。此外，Yang等[31]以介孔二氧化硅（MSNR）為模板，通過與（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷（MPTMS）反應(yīng)引入巰基，形成MSNR-SH，在表面包裹MoS2后利用1-（3-二甲基氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺（EDC）和羥基硫代琥珀酰亞胺（NHS）活化的作用，通過化學(xué)反應(yīng)引入人血清白蛋白（HSA）和光敏劑二氫卟吩（Ce6），成功構(gòu)建了可用于成像引導(dǎo)的光熱、光動(dòng)力聯(lián)合治療的納米雜合體（MSNR@MoS2-HSA/Ce6）。

1.3.3 原位聚合法原位聚合法是指將高分子材料與無(wú)機(jī)納米粒子混合均勻后，在一定條件下引發(fā)單體聚合反應(yīng)形成納米雜合體。如Yu等[32]將丙烯酰胺小分子單體和磷酸鈣離子寡聚體分別作為有機(jī)和無(wú)機(jī)前驅(qū)體，以亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，硫酸銨和四甲基乙二胺為引發(fā)劑，通過自由基聚合、寡聚體聚合的作用實(shí)現(xiàn)兩相間的共聚交聯(lián)，獲得新型納米雜合體。通過該方法制得的納米雜合體在力學(xué)性能上得到了顯著的提升，充分體現(xiàn)出有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢(shì)。此外，Cheng等[33]首先通過多元醇還原的方法制備了氧化釓（Gd2O3）納米顆粒，隨后將引發(fā)劑吡咯加入Gd2O3的聚乙烯醇與十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液，引發(fā)聚合反應(yīng)，制備了聚吡咯（PPy）的Gd2O3納米雜合體（Gd2O3@PPy），并在表面進(jìn)一步修飾透明質(zhì)酸（HA）和鋁酞菁（AlPc），得到Gd2O3@PPy/AlPc-HA，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米雜合體可用于成像引導(dǎo)的光熱、光動(dòng)力聯(lián)合的抗腫瘤治療。

2 有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體在腫瘤治療中的應(yīng)用

2.1 光熱/化學(xué)協(xié)同療法

與正常組織不同，腫瘤組織的血管豐富且不易散熱，導(dǎo)致其組織耐熱性較差。針對(duì)這一特性，科研人員利用光熱局部升溫消融腫瘤細(xì)胞的原理進(jìn)行相關(guān)治療，但其存在一些局限性，如損傷正常細(xì)胞、單一療法效率較低等，限制了在腫瘤治療中的應(yīng)用。Liu等[34]將無(wú)機(jī)金納米顆粒原位修飾在氧化石墨烯表面，為實(shí)現(xiàn)良好的生物相容性、靶向性及化療協(xié)同作用，繼續(xù)在其表面修飾PEG及靶向適體DNAAS1411，并負(fù)載抗腫瘤藥物DOX。研究結(jié)果表明，該納米雜合體表現(xiàn)出了良好的光熱轉(zhuǎn)換能力和穩(wěn)定性且具有一定的靶向性，可實(shí)現(xiàn)殺傷腫瘤細(xì)胞的效果。同時(shí)，課題組在荷瘤小鼠模型中證明了納米雜合體的體內(nèi)光熱/化學(xué)協(xié)同抗腫瘤作用。此外，Wu等[35]合成了摻雜二硫鍵的中空介孔硅，并將全氟戊烷（PFP）與近紅外染料ICG同時(shí)負(fù)載至介孔中，然后利用二硫鍵將紫杉醇前藥作為封孔劑接枝在孔道外，形成納米雜合體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米雜合體具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能及光熱穩(wěn)定性，在近紅外光照射下，PFP發(fā)生氣化，實(shí)現(xiàn)超聲成像介導(dǎo)的協(xié)同治療。更重要的是，其生物響應(yīng)性降解行為使納米顆粒的長(zhǎng)期毒性問題得到緩解，有助于未來(lái)在臨床研究中應(yīng)用。

2.2 放射/化學(xué)協(xié)同療法

目前，放療和化療是臨床上治療腫瘤最常用的方法，但較大的輻射劑量和化療藥物的毒性在一定程度上對(duì)患者的健康產(chǎn)生了危害。因此，開發(fā)高效低毒的多功能放化療納米藥物對(duì)于解決臨床上未被滿足的需求具有重大意義。如前所述，Kang等[30]構(gòu)建的CBS&DC-ZIF-8@DOX納米雜合體可用于腫瘤的放射/化學(xué)協(xié)同治療。研究結(jié)果表明，ZIF8具備的pH響應(yīng)分解特性可使二元粒子及藥物分子在腫瘤部位有效釋放。在荷瘤小鼠模型中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)顯示，相比單一放療或化療，中等劑量的納米雜合體（20 mg · kg-1，負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的DOX）在X射線照射下可實(shí)現(xiàn)高抑瘤率（87.6%）的協(xié)同放化療效果。這項(xiàng)研究不僅強(qiáng)調(diào)了ZIF框架可封裝多種不同成分的能力，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)腫瘤的高效放射與化學(xué)治療提供了一種可借鑒的思路和方法。

2.3 催化療法

無(wú)機(jī)納米粒子由于尺寸小、比表面積大、表面原子配位不全等導(dǎo)致表面的活性位置增加，從而具備了催化劑的基本條件。這種催化劑最大的特征是可以進(jìn)行修飾，并通過制備成特殊形貌從而實(shí)現(xiàn)催化調(diào)控。

催化療法通常利用芬頓（Fenton）試劑通過催化瘤內(nèi)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）等方式實(shí)現(xiàn)癌癥特異性治療。如Guo等[36]通過包裹法制備了具有雙硫鍵和聚丙烯酸外殼層的介孔二氧化硅，然后裝載金屬離子螯合劑，最終形成三重功能化的納米雜合體。該納米雜合體不僅可以消耗谷胱甘肽（GSH）和使銅-鋅超氧化物歧化酶失活，還能通過芬頓反應(yīng)產(chǎn)生ROS，從而打破癌細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制，發(fā)揮高效抗腫瘤作用。此外，Li等[21]制備了一種可生物還原和生物破碎的截角八面體氧化亞銅（Cu2O）作為芬頓納米催化劑用于腫瘤治療。當(dāng)金納米顆粒包覆在Cu2O表面后，Cu（Ⅰ）在氯金酸中H+的存在下發(fā)生歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的Cu（Ⅱ），解決了體外的不穩(wěn)定性。當(dāng)被腫瘤細(xì)胞攝取后，一方面，由于截角八面體的特殊暴露表面和形態(tài)，Cu（Ⅱ）可引發(fā)類芬頓反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)GSH消耗增強(qiáng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療；另一方面外源性近紅外光誘導(dǎo)腫瘤部位產(chǎn)生的光熱作用也可顯著提高羥基自由基（·OH）的生成效率，從而實(shí)現(xiàn)CDT的雙重增強(qiáng)效果。同時(shí)通過使用三苯基膦（TPP）進(jìn)行表面修飾，可將芬頓納米催化劑定位于腫瘤線粒體部位，通過破壞氧化還原穩(wěn)態(tài)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡通路的發(fā)生。更重要的是，在過表達(dá)GSH的酸性腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）下，截角的八面體骨架可以最終破碎成小尺寸的納米顆粒，從而避免納米載體在體內(nèi)的蓄積（見圖2）。相關(guān)研究有望進(jìn)一步拓寬催化療法的發(fā)展。

圖2 CuO@AuCu-TPP截角八面體合成及治療機(jī)制示意圖[21]Figure 2 Schematic diagram of the preparation procedure and therapeutic mechanism of the CuO@AuCu-TPP truncated octahedron

2.4 免疫療法

免疫療法是一種有前景的腫瘤治療策略，它不僅可以根除原發(fā)性腫瘤，還可以刺激機(jī)體的免疫系統(tǒng)，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。然而，腫瘤免疫抑制性微環(huán)境極大地限制了納米粒子在腫瘤免疫治療中的抗腫瘤免疫反應(yīng)。Xu等[37]通過優(yōu)化納米顆粒的組成和形態(tài)，構(gòu)建了一種搖鈴結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體Fe3O4@C/MnO2-PGEA，該納米雜合體的內(nèi)在免疫調(diào)節(jié)作用可將巨噬細(xì)胞重編程為抗腫瘤的M1表型并誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞成熟，從而調(diào)節(jié)免疫抑制性TME。同時(shí)，利用自身的化學(xué)、磁性和光學(xué)特性還能夠?qū)崿F(xiàn)精確的T1-T2雙模態(tài)核磁成像，并通過充分暴露的Fe3O4核和MnO2殼層來(lái)增強(qiáng)CDT和協(xié)同腫瘤治療誘導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡。體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其可顯著抑制原發(fā)性和遠(yuǎn)端腫瘤的生長(zhǎng)。此外，Song等[38]基于高光熱轉(zhuǎn)化效率的硒化鉍納米籠（Bi2Se3NC），構(gòu)建了一種高效的納米雜合體Bi2Se3NC/R848-PEG。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該雜合體聯(lián)合腫瘤光熱-免疫治療，在消除原位腫瘤的同時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫記憶效應(yīng)，有效抑制腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，為基于納米雜合體的免疫療法提供了思路和方法（見圖3）。

圖3 Bi2Se3 NC-PEG/R848的合成及治療機(jī)制示意圖[38]Figure 3 Schematic diagram of preparation procedure and therapeutic mechanism of the Bi2Se3 NC-PEG/R848

2.5 診療一體化

通過對(duì)納米載體的合理設(shè)計(jì)和制備，將臨床上診斷和治療2個(gè)相互獨(dú)立的過程/功能集成于一個(gè)納米雜合體，即構(gòu)成了診療一體化納米平臺(tái)，其具有實(shí)時(shí)、精確診斷病情及同步治療的特點(diǎn)，而且在治療過程中能夠監(jiān)控療效并隨時(shí)調(diào)整給藥方案，有利于達(dá)到最佳治療效果，并減少毒副作用。近年來(lái)，各種成像方法與化療、熱療、光動(dòng)力學(xué)治療等手段有效結(jié)合后構(gòu)建的多功能納米雜合體，提高了對(duì)惡性腫瘤的識(shí)別能力，同時(shí)有效提高綜合治療的效果，因而受到了研究人員的廣泛關(guān)注并成為研究熱點(diǎn)[39-40]。Liu等[41]以組裝的海藻酸鈉膠束為模板，利用生物礦化法制備了尺寸和形貌可調(diào)的海藻酸鈉-碳酸鈣納米顆粒。隨后，利用聚多巴胺包覆層將陽(yáng)離子聚合物修飾到一維海藻酸鈉-碳酸鈣納米顆粒的表面，進(jìn)而引入溫和光熱性質(zhì)和基因遞送功能。在該納米雜合體中，陽(yáng)離子聚合物可用于基因轉(zhuǎn)染，而聚多巴胺賦予了載體溫和光熱性能和光聲成像能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低功率密度的近紅外光照射下，其不僅可以通過超聲/光聲雙模式成像實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤治療過程的監(jiān)測(cè)，還可通過降解進(jìn)一步促進(jìn)基因釋放，提高基因轉(zhuǎn)染效率。這種多模式治療系統(tǒng)的提出為腫瘤以及其他疾病的治療提供了新的治療策略和思路。此外，前文所述Yang等[31]成功構(gòu)建的MSNR@MoS2-HSA/Ce6納米雜合體被用于腫瘤治療，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其在光照刺激下可在腫瘤部位發(fā)揮光熱效果同時(shí)產(chǎn)生大量活性氧分子，殺死腫瘤細(xì)胞；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了腫瘤區(qū)域的熒光成像/多光譜光聲層析成像/CT成像引導(dǎo)的光熱、光動(dòng)力聯(lián)合治療，為診療一體化提供了新的思路。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，通過有機(jī)高分子材料與無(wú)機(jī)納米粒子制備的有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體遞藥系統(tǒng)具有良好的可修飾性、功能性以及較長(zhǎng)的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，在腫瘤治療方面顯示出了巨大的應(yīng)用前景。然而，目前相關(guān)研究仍處于相對(duì)基礎(chǔ)階段，在發(fā)展過程中通常會(huì)面臨諸多難題。其中，如何通過合理設(shè)計(jì)開發(fā)出制備方法簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的納米雜合體是我們需要著重關(guān)注的一大問題。此外，由于納米雜合體系成分多元化，其臨床轉(zhuǎn)化率低，嚴(yán)重制約了該納米遞藥系統(tǒng)的發(fā)展。因此，開發(fā)簡(jiǎn)單高效的納米雜合體并拓展其臨床應(yīng)用，對(duì)基于高分子材料的有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜合體的未來(lái)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。