山東大學桑元華、馮世慶和劉宏教授醫工交叉AFM：構建“活材料”用于腫瘤靶向治療與實時監測

材料人編輯小單 2年前 (2022-03-11) 2664瀏覽

【導言】

癌癥嚴重損害人類的健康與生活質量。目前，常規癌癥治療方法包括手術切除與化學療法。手術切除不能根治擴散的、微小腫瘤，同時化學療法缺乏靶向性，可能對健康組織造成損傷。分子靶向藥物的開發引起了人們的關注，然而該療法依賴血液循環系統，因此藥物無法富集至某些缺乏脈管系統的腫瘤處。此外，對于擴散的、微小腫瘤，難以及時檢測與切除。因此需開發新型腫瘤靶向治療系統，應具有強驅動力、能夠實時監測藥物遞送與檢測微小的、擴散的腫瘤。

近日，山東大學晶體材料國家重點實驗室桑元華、劉宏教授與山東大學齊魯醫院馮世慶教授團隊開展醫工交叉研究，開發了一種基于干細胞的“活材料”用于腫瘤靶向治療與實時監測。該研究成果以“A Living Material Constructed from Stem Cells for Tumor-Tropic Oncotherapy with Real-Time Imaging”為題，發表于Advanced Functional Materials(IF=18.808)上。文章通訊作者為山東大學桑元華教授、齊魯醫院馮世慶教授和山東大學劉宏教授，第一作者為山東大學晶體材料國家重點實驗室的博士研究生郝敏、夏鶴，山東大學為第一作者和通訊作者單位。

【正文速覽】

??在這項工作中，該團隊開發了一種由干細胞、納米載體和藥物構建的新型“活材料”，可以實現藥物靶向遞送與實時監測。介孔二氧化硅包被超順磁四氧化三鐵納米顆粒(Fe3O4@MSNPs)納米載體通過CD44抗體生物偶聯連接到人類脂肪源干細胞(hADSCs)上。hADSCs的腫瘤趨向性提供了靶向腫瘤的驅動力，介孔二氧化硅納米載體提高了藥物載量，抗體生物偶聯可以降低干細胞內吞并進行給藥。該方法降低了藥物對hADSCs的作用，并促進阿霉素向腫瘤長效遞送。研究結果表明，阿霉素成功給藥誘導乳腺癌細胞(MCF-7)凋亡，超順磁Fe3O4納米顆粒可通過磁共振成像實時監測生物材料的遞送進程。本研究為腫瘤治療提供了一種“活材料”設計策略。

示意圖.?“活材料”設計及藥物靶向遞送過程

圖1.?納米載體材料表征及Dox釋放情況

圖2.?納米載體生物相容性及抗體生物偶聯表征

圖3.?干細胞靶向性驗證及癌細胞殺傷情況初步驗證

圖4.?癌細胞凋亡驗證

圖5.?藥物滲透進入癌細胞球內部驗證及MRI實時監測能力驗證

【總結】

這項工作提出了一種用于腫瘤靶向治療、可實時成像的“活材料”：Fe3O4@MSNPs@Dox@Anti-CD44 antibody修飾的hADSCs。hADSCs固有的腫瘤趨向性賦予活材料驅動力，使其靶向腫瘤。裝載Dox的Fe3O4@MSNPs@Anti-CD44antibody與hADSCs之間的特異性生物偶聯降低Dox在傳遞過程中對hADSCs的毒性。超順磁Fe3O4是一種很好的MRI造影劑，可以實時監測藥物的傳遞。Dox釋放引起的MCF-7細胞凋亡證實該活材料腫瘤殺傷性良好，其機制涉及ROS積累、p53上調以及Bax/Bcl-2的調控。總的來說，活材料提供了一種有潛力的、有效的材料設計路線，提供主動驅動力靶向腫瘤并可實時監測，具有臨床轉化的潛力。

【作者簡介】

  1. 桑元華，山東大學晶體材料研究院教授，博士生導師，國家優秀青年基金獲得者。主要從事納米能源轉化材料的研究、鈮酸鋰晶體生長及應用研究、以及生物組織工程材料及干細胞分化相關的研究。作為項目負責人承擔了重點研發專項-政府間科技合作項目、山東省杰出青年基金、山東省重大創新工程項目、等，作為第一作者或者通訊作者在包括 Mater., Adv. Energy. Mater., 等國際重要學術期刊上發表60篇，其他合作文章80篇，EIS高被引論文11篇，個人H因子37，獲得發明專利授權20項，第二完成人獲得山東省自然科學一等獎。
  2. 馮世慶，主任醫師，教授，博導。現任山東大學齊魯醫院骨科主任、山東大學骨科醫學研究中心主任、國家脊髓損傷國際科技合作基地主任。教育部“長江學者”特聘教授、國家“萬人計劃”領軍人才、教育部“新世紀優秀人才”、“泰山學者攀登計劃”專家。擔任第十屆國際神經修復學會主席、中華醫學會骨科學分會創新與轉化學組組長、中國醫師協會骨科醫師分會智能骨科學組組長、中國康復醫學會脊柱脊髓專業委員會基礎研究主任委員、中國康復醫學會脊柱脊髓專委會副主任委員、中國醫師協會神經修復專委會副主任委員。先后主持和完成國家重點研發計劃“干細胞及轉化研究”重點專項、國家自然科學基金重點項目、國家自然基金重點國際合作項目等項目23項，發表論文360余篇，其中SCI論文160余篇；授權專利25項；主編和參編專著15部。獲得國家科技進步二等獎、省部級科技進步特等獎和一等獎、中華醫學科技二等獎等科技獎勵10項。
  3. 劉宏，山東大學晶體材料國家重點實驗室，濟南大學前沿交叉科學研究院，教授，博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者。主要研究方向：生物傳感材料與器件，組織工程與干細胞分化、納米能源材料，等。十年來，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五國家重點研發項目和自然基金重大項目、自然基金重點項目等科研項目，取得了重要進展。在包括Chem Soc Rev, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater， Eng. Sci., 等學術期刊上發表SCI文章400余篇，總被引次數超過20000次，H因子為67，30余篇文章被Web of Science的ESI高被引論文，文章入選2013年中國百篇最具影響國際學術論文，2015和2019年度進入英國皇家化學會期刊“Top 1% 高被引中國作者”榜單。2018-2021年連續四年被科睿唯安評選為“全球高被引科學家”。授權專利30余項，兩項研究成果分別實現了1000萬技術轉讓。2019年獲山東省自然科學獎一等獎。

【原文鏈接】

https://doi.org/10.1002/adfm.202201013

本文由作者供稿。

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