综述:微/纳马达在癌症诊断和治疗中的最新研究进展

A Review on Artificial Micro/Nanomotors for Cancer-Targeted Delivery, Diagnosis and Therapy

Jiajia Wang, Renfeng Dong*, Huiying Wu, Yuepeng Cai*, Biye Ren*
Nano-Micro Lett.(2020)12:11
https://doi.org/10.1007/s40820-019-0350-5
本文亮点

1 总结了微/纳马达在癌症靶向递送、诊断和治疗领域的最新研究进展
2 讨论了微/纳马达未来走向临床应用的发展前景和所面临的挑战
内容简介

在这篇综述里,主要总结了微/纳马达在癌症诊断和治疗领域的最新研究进展。我们首先介绍了微/纳马达在癌症靶向递送领域的进展,例如细胞内药物递送,胞内干扰RNA递送等。其次,我们介绍了微/纳马达在癌症诊断和治疗中的应用,包括循环肿瘤细胞检测、癌症相关标志物检测以及图像介导的肿瘤光热治疗等。最后,我们对微/纳马达在癌症检测和治疗中当前存在的问题和面临的挑战进行了探讨,并展望了微/纳马达未来在临床应用中的发展的前景。路漫漫其修远兮,微/纳马达在癌症诊断和治疗领域的临床应用仍然任重道远,我们希望这篇综述能促进微/纳马达在肿瘤检测与治疗领域的发展,为战胜肿瘤提供新的希望。
研究背景

癌症一直是困扰人类的全球性难题,将检测探针或药物等在合适的时间和精确的空间上靶向递送至目标癌变位置,对于癌症的精准诊断与治疗至关重要。近年来,具有自主运动性能的微/纳马达(Micro/Nanomotors)受到研究者们的广泛关注,由于微/纳马达能够有效地将多种能量(光、声、磁、电、热等)转化为自身运动的机械能,并且能在微米或纳米空间内执行各种复杂而精确的任务,这个特性在肿瘤诊断和治疗领域具有得天独厚的优势,因此,微/纳马达为癌症的诊断与治疗带来了新的发展契机。
图文导读

I 微/纳马达辅助胞外靶向递送

目前,已经报道了多种基于微/纳马达的胞外靶向递送系统。如图1所示,利用微/纳马达可控的主动运动来促进癌细胞靶向递送并进一步促进药物释放效果。

图1 (a)磁控化学驱动超顺磁性氧化铁/铂微米马达(PM/Pt)用于靶向递送抗癌药物的示意图;(b)化学驱动介孔微米马达用于抗癌药物递送的示意图;(c)气泡驱动石墨烯/铂(GO/Pt)微管马达用于靶向递送抗癌药物的示意图。

II 微/纳马达辅助胞内靶向递送

一些研究报道了微/纳马达可以穿过细胞膜进入细胞内部,实现各种治疗药物的有效递送,如图2、图3所示。这些微/纳马达可以进入到细胞内部甚至活体内,有效提高递送效果。

图2 (a)化学驱动的组装有琥珀酰化β-乳球蛋白与过氧化氢酶的金属有机框架微米马达用于胞内药物递送;(b)磁控精子驱动马达用于药物递送的示意图;(c)超声驱动微米纳米线马达用于细胞内干扰RNA的递送。

图3 包裹在微胶囊内的气泡驱动微米马达在动物体内借助光声断层成像技术实现实时定位与靶向递送。

III 微/纳马达辅助肿瘤检测

一些微/纳马达被成功用于癌症诊断的研究(图4,图5),包括细胞,核酸和蛋白标志物等的检测,为肿瘤精确检测提供了潜在的选择。

图4 气泡驱动微米马达、超声驱动微米马达在(a,b)肿瘤细胞分离与检测中的应用;(c)气泡驱动微米马达在核酸检测中的应用。

图 5 超声驱动微米马达在胞内核酸检测中的应用。

IV 微/纳马达辅助肿瘤细胞成像

一些具有特殊性质的马达也被成功用于肿瘤细胞的成像,如(图6a)利用螺旋藻表面沉积氧化铁的磁驱动微米马达实现磁共振成像,(图6b)借助内源性生化反应制备新型气泡驱动微纳马达用于肿瘤成像与治疗。3D打印技术制备可生物降解螺旋结构的磁驱动微米马达用于生物成像(图7)。

图6 (a)螺旋藻表面沉积氧化铁磁驱动微米马达用于磁共振成像;(b)借助内源性生化反应制备新型气泡驱动微米马达用于肿瘤成像与治疗。

图 7 3D打印可生物降解螺旋结构的磁驱动微米马达用于生物成像示意图。

V 微/纳马达辅助肿瘤光热治疗

具有光热效应的微/纳马达也被成功用于肿瘤的光热治疗,从而大幅提高治疗效果,减少不良副作用(图 8)。

图8 (a)近红外光驱动纳米星形马达用于肿瘤的光热治疗;(b)化学驱动的口袋形纳米马达用于肿瘤的光热治疗。

作者简介

王佳佳

华南师范大学

主要研究领域
量子点在生物检测中的应用;微纳马达在生物医学中的应用。

主要研究成果

目前共发表署名论文11篇,其中以第一及通讯作者身份发表7篇,包括Anal. Chem., Nanoscale Horiz., Nano-Micro Lett., Nanoscale等国际著名学术刊物。

Email: jjwang@m.scnu.edu.cn

董任峰

华南师范大学

主要研究领域
功能微纳米结构与材料;自驱动微纳米体系。

主要研究成果

研究集中在为自驱动微纳米体系的发展提供新机理、新结构、新方法和新思路。尤其在新型微纳马达的设计制备以及驱动优化方面,获得了一批重要原创性研究成果。目前共发表署名论文41篇,其中以第一及通讯作者身份发表26篇,包括 J. Am. Chem. Soc., Acc. Chem. Res., ACS Nano, Nanoscale Horiz.等国际著名学术刊物。目前论文被总被引频次达1800余次,其中4篇为ESI高被引论文,H因子为19。

Email: rfdong@m.scnu.edu.cn

蔡跃鹏

华南师范大学

教授、博导、化学学院院长

主要研究领域
功能配合物化学及其在储能及能源转换方面的应用,微纳米功能材料。

主要研究成果

广东省能量转化与储能材料工程技术研究中心、广州市能源转化与储能材料重点实验室主任,广东省高校-企业联合研究生培养示范基地负责人,广东省化学学会理事,广东省物理学会 X-射线专业委员会委员。2011 年度入选广东高校“千百十工程”国家级培养对象。在Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., ACS nano, Small, Chem.Commun., ACS Appl. Mater. Inter., Nanoscale, Inorg. Chem.等国际学术期刊发表SCI论文180多篇,其中影响因子大于5.0的70多篇,H 因子35,高被引论文5篇,到目前为止论文被国内外同行他引超过4200次。获授权国家发明专利22件。近年来,主持国家自然科学基金重大研究计划项目、国家自然科学基金面上项目5项,其中4项已结题。主持并已结题广东省自然科学基金重点项目2 项,以及主持广东省科技计划专项重点项目2项等30多项国家、省部、市厅级课题。2012 年获“广东省自然科学三等奖”(第一完成人)。2009年和 2011 年度分别获得广东省和全国大学生“挑战杯”赛优秀指导教师奖。培养毕业博硕士研究生近40人,其中4人次获得广东省优秀硕士论文奖、1人次获得广东省优秀博士论文奖。

Email: caiyp@scnu.edu.cn

任碧野

华南理工大学

主要研究领域
分子可控自组装,微纳米功能材料

主要研究成果

在Acc Chem Res, J Am Chem Soc, ACS Nano, ACS Appl Mater Interfaces, ACS Macro Lett, Macromolecules等国内外主流期刊发表SCI收录论文近100篇(其中ESI高被引论文3篇),SCI他引近2000次。申请中国发明专利30件(其中获授权21件)。获广东省、东莞市、江门市等省市级科学技术奖4项。

Email: mcbyren@scut.edu.cn

撰稿:原文作者

编辑:《纳微快报》编辑部

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Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在 Springer 开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。

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