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等离激元特性金纳米材料远程调控细胞内生物学事件

来源: X-MOL 2017-06-21 15:11:28

自上世纪初，人类就开始研究超声或外加磁场介导的高热治疗在临床医学中的各种应用。随着各种热疗纳米材料的发现与设计，相关近红外光吸收能力与高效光热转化效应帮助基于纳米特性的热疗在传统治疗中得以实现更安全、高效、靶向、可控的应用。其中，金纳米材料的等离激元特性介导的温和热刺激（40 ℃ ~ 42 ℃）展现出了独特的生物学效应，并为临床治疗提供了全新思路。近日，国家纳米科学中心的陈春英研究员（点击查看介绍）团队讨论和探索了金纳米材料介导的局域温和热疗可以远程调控细胞内生物学事件，汇总了该技术在癌症治疗、组织工程以及再生医学等领域的国内外发展现状，并借此展望这一领域的未来方向。

金的应用已伴随人类历史几千年，基于稳定、惰性、容易加工制备等特点，在流通货币、美容、珠宝和艺术装饰等方面得以重用。不仅如此，纳米尺度的金材料更展现出特有的物理化学性质。基于其局域表面等离子体共振（LSPR）的特性，金纳米材料在近红外光激发的光热治疗中展现了优异的特性。通过设计各类不同形貌、尺寸和比例的金纳米材料，人们可以调控金纳米材料的近红外光吸收波段、光热转化效率、靶向组织富集以及体内代谢等，从而扩展该类材料在临床医学中的应用范围。

不同于传统热疗，金纳米材料可靶向局部组织，在特定病灶区域实现温度可控的精准温和热疗(~42 ℃)以及高热疗法(hyperthermia)。近年来，越来越多的工作关注了金纳米材料介导的温和热疗在细胞和组织层面展现的特有生物效应。在癌症治疗中，42 ℃的温和热疗会特异性杀伤对温度敏感的癌细胞。陈春英团队的研究表明，温和热刺激可改变肿瘤组织中血管的渗透性，从而提高抗癌纳米药物在肿瘤组织的靶向富集和运输效应。与此同时，温和热疗可通过刺激细胞内热休克蛋白三聚体的表达，降低癌细胞的耐药性。金纳米材料介导的温和热疗在组织工程和再生医学领域也展现了独特应用，例如神经元细胞激活、心肌细胞修复、骨质疏松抑制以及间充质干细胞促增殖与分化等等。SiO2包被金纳米棒具有增强心脏细胞伸展性和排列的性能，还可增强听觉神经元的电活动。 ACS Nano 最新发表了Suzuki和Ciofani等人的相关工作——利用SiO2核金为壳的核壳金纳米材料(Gold nanoshell)产生的温和热疗可以增强肌动蛋白-肌球蛋白作用，提高心肌细胞线粒体的产生，从而显著激活肌管细胞的收缩并提高其生存能力。由此可见，与传统热疗不同，金纳米材料介导的温和热疗在肿瘤治疗、组织工程与再生医学方面的应用，为我们提供了全新的视野与研究方向。

尽管研究前景广阔，纳米材料在临床医学应用中的生物相容性与安全性仍需要深入研究。与此同时，人们还需要更系统深入地探索理解不同形貌与尺寸的金纳米材料在活体组织中的富集效率与清除机制，从而有效地利用近红外激发的温和热疗功效真正造福临床医学。这一报道近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是国家纳米科学中心的副研究员李佳阳，通讯作者为国家纳米科学中心的研究员陈春英。

纳米科技

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