癌症納米醫學是一個新興的研究領域,它起源於上世紀七八十年代的化療實驗,而在本世紀得到了蓬勃的發展。癌症納米醫學最初被認為是抗腫瘤治療的靈丹妙藥,納米藥物可通過系統迴圈到達靶向腫瘤區域的同時不會對正常組織造成副作用。儘管現時已經有少數的納米醫學療法開花結果,但納米顆粒在體內迴圈過程中遇到的巨大障礙卻一直被忽視而始終無法得到克服。然而,越來越多的研究也顯示,這些障礙或許能轉變成機遇,從而推動納米醫學的發展。
哈佛大學的David J. Mooney團隊撰寫了最新展望性綜述文章,討論了癌症納米醫學中遇到的生物障礙(屏障),並從兩個方面詳細闡述了如何强化納米顆粒的靶向功能。一方面是需要重新構建設計納米醫學策略,以防止在靶向腫瘤的過程中發生不必要的相互作用;另一方面是將生物障礙轉變成即開即用的診斷和治療手段,優化納米藥物的作用,最終推動納米醫學的臨床發展。相關工作以“Obstacles and opportunities in a forward vision for cancer nanomedicine”為題發表在Nature Materials。
【文章要點】
一、生物學障礙
如圖1所示,當納米顆粒進入人體循環系統、並在靶向腫瘤的過程中,都會面臨以下幾個生物學障礙:由血液中蛋白質與納米顆粒結合引起的血液中的納米-生物相互作用;由肝、腎等巨噬細胞系統器官引發的對納米顆粒的隔離作用;由腫瘤血管高滲透性引起的腫瘤外溢效應;不均衡的瘤內納米顆粒分佈等等。
圖1系統注射納米醫學的生物學障礙
二、新型納米醫學設計
當納米-生物相互作用被認為限制了納米醫學發展的時候,對於這類生物學障礙的進一步理解可為探索癌症納米醫學的重新構建設計提供依據。例如跳過傳統的增强滲透滯留效應(EPR)來重新設計納米顆粒的腫瘤富集策略;從整體上思考可克服所有種類生物障礙的遞送級聯策略;利用大數據和人工智慧等手段優化納米醫學。
三、將障礙轉變成盟友
雖然生物學障礙的複雜性一直以來都是納米醫學發展的巨大挑戰,但採取“打不過就加入”的思路或許更有利於癌症的診斷和治療。例如利用納米顆粒在血液中溶液形成蛋白冠來實現血液檢測;迴圈免疫細胞對納米藥物的吸收或許能够强化其在特异位點的生物分佈;納米顆粒在巨噬系統中的隔離效應為改變免疫微環境以及發展免疫療法提供了新的思路。
圖2基於生物學障礙相互作用的癌症納米醫學
四、推動癌症納米醫學的進一步發展
遞送障礙並非是癌症納米醫學臨床轉化道路上唯一的攔路虎,基礎研究條件也需要得到改善和加强,囙此這些條件的完善也是不容小覷的挑戰。這些挑戰包括臨床前動物實驗模型的建立、臨床前研究的標準化問題以及病患的分類問題。
文獻連結:
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01047-7
原文刊載於【高分子科學前沿】公眾號
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