深圳大學&高麗大學Coord. Chem. Rev.: 除石墨烯以外新興二維材料在納米藥物遞送應用中的最新進展

【引言】

目前，癌癥是威脅人類生命的首要殺手！據統計，每年新增癌癥病例超過1800萬例。隨著癌癥治療手段的不斷進步，癌癥的致死率相比數十年前有著大幅減小。在傳統的癌癥治療中，外科手術治療，放射治療和化學治療是被廣泛接受的最為有效的治療手段。傳統療法也面臨很多的挑戰，例如，最為常見的化學治療具有藥物使用效率低，嚴重的副作用等不可避免的問題。納米載體藥物遞送（Drug Delivery System，DDS）是指將化療藥物負載到納米材料上，從而實現化療藥物的靶向精確遞送。在80年代，就有科學家提出利用基于脂質體或是聚合物蛋白的納米藥物載體用于癌癥化療藥物的遞送。到1990年代，該設想逐漸成熟并投入臨床使用，極大地提高了化學治療的效果同時降低了癌癥化療過程中的副作用。納米載藥遞送系統高載藥率，優異的靶向性等特點也很好的滿足了近年來不斷提升的癌癥治療精確化，個性化治療的需求。

近年來興起的二維材料（2D materials）是指超薄納米晶體，平面尺寸>100nm，而厚度方向僅有單個或者多個原子層厚度。二維材料具有超大比表面積，豐富的表面缺陷位點等獨特的性質。它們所具有的獨特的物理化學性質很好的滿足了納米藥物載體的應用需求。第一，二維材料具有龐大的家族，例如，石墨烯，氧化石墨烯，過渡金屬硫族化合物（TMDs）,VA族半導體（黑磷，銻烯等），過渡金屬碳化物（MXene）等等。 豐富的二維材料體系為各種納米生物應用提供豐富的選擇；第二，二維材料優異的物理化學特性為納米藥物遞送應用提供保證，例如，得益于二維材料超高的比表面積，二維材料基納米載體往往表現出高載藥率；第三，二維材料實驗室制備過程簡單，易于大規模生產。例如，液相剝離制備二維材料具有易于規模化生產并且能夠滿足納米載藥的使用要求的特征。

【成果簡介】

近日，深圳大學張晗教授，王迎威博士，聯合韓國高麗大學Jong Seung Kim和Sung-Gil Chi教授綜述了近年來基于除石墨烯外新興二維材料基納米藥物遞送體系的最新進展。該綜述文章主要介紹了基本的二維材料制備方法，表面功能化基本策略，刺激藥物釋放策略，納米載體的主要生物應用（治療藥物遞送，基因遞送，成像劑遞送，多藥物遞送診療一體化等），以及二維材料藥物載體生物安全性問題。最后通過總結目前的最新工作進展，針對目前仍面臨的問題和挑戰，對二維材料基納米藥物遞送前景作出展望。該成果以題為“Emerging 2D material-based nanocarrier for cancer therapy beyond graphene”發表在Coordination Chemistry Reviews上。

【圖文導讀】

Figure?1.二維材料基納米藥物載體遞送概述。

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Figure 2.新型二維材料晶體結構及形貌特征。

Figure 3. 自上而下（Top-down）的二維材料制備策略

Figure 4. 自下而上（Bottom-up）的二維材料制備策略

Figure 5. 二維材料基納米載藥體系被動靶向策略

Figure 6. 二維材料基納米載藥體系主動靶向策略

Figure 7. TMDs基納米治療藥物遞送應用。

Figure 8. 黑磷基納米治療藥物遞送應用。

Figure 9. 黑磷及硼烯納米治療藥物遞送應用

Figure 10. 二維材料基基因遞送應用。

Figure 11. 生物成像探針遞送應用。

Figure 12. 多藥物遞送診療一體化應用。

Figure 13. 酸性pH響應的藥物釋放策略。

Figure 14. GSH響應的藥物釋放策略。

Figure 15. 酶響應的藥物釋放策略。

Figure 16. 其他因素觸發藥物釋放策略。

Figure 17. 二維材料生物安全性。

Figure 18. 二維材料基納米藥物遞送體系機制。

【小結】

作為新興的材料體系，二維材料為納米藥物遞送等生物應用提供了許多新的機會。誠如前文所述，二維材料納米載藥的最新進展例如多策略聯合治療，診療一體化設計等也為更叫高效的癌癥治療帶來新的希望。同時，這一新興的領域仍然由大量的開放的問題和挑戰層出不窮。未來需要更多的深入的，系統的，跨學科的聯合研究進一步推動這一新領域發展乃至臨床應用實現。該文章針對二維材料基納米藥物遞送應用領域，提供了及時的，系統的最新進展的綜述，并對二維材料制備策略，二維材料納米載藥策略，藥物釋放策略，納米載藥應用等做了廣泛概述。最后，展望了該領域發展前景和發展方向。這一綜述論文，對納米載藥應用發展和納米生物應用具有重要的意義。

Yingwei Wang, Meng Qiu, Miae Won, Eugeine Jung, Taojian Fan, Ni Xie, Sung-Gil Chi, Han Zhang, Jong Seung Kim. Coordination Chemistry Reviews, 400, (2019) 213041.

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