山东大学桑元华、冯世庆和刘宏教授医工交叉AFM：构建“活材料”用于肿瘤靶向治疗与实时监测

材料人编辑小单 2年前 (2022-03-11) 3073浏览

【导言】

癌症严重损害人类的健康与生活质量。目前，常规癌症治疗方法包括手术切除与化学疗法。手术切除不能根治扩散的、微小肿瘤，同时化学疗法缺乏靶向性，可能对健康组织造成损伤。分子靶向药物的开发引起了人们的关注，然而该疗法依赖血液循环系统，因此药物无法富集至某些缺乏脉管系统的肿瘤处。此外，对于扩散的、微小肿瘤，难以及时检测与切除。因此需开发新型肿瘤靶向治疗系统，应具有强驱动力、能够实时监测药物递送与检测微小的、扩散的肿瘤。

近日，山东大学晶体材料国家重点实验室桑元华、刘宏教授与山东大学齐鲁医院冯世庆教授团队开展医工交叉研究，开发了一种基于干细胞的“活材料”用于肿瘤靶向治疗与实时监测。该研究成果以“A Living Material Constructed from Stem Cells for Tumor-Tropic Oncotherapy with Real-Time Imaging”为题，发表于Advanced Functional Materials(IF=18.808)上。文章通讯作者为山东大学桑元华教授、齐鲁医院冯世庆教授和山东大学刘宏教授，第一作者为山东大学晶体材料国家重点实验室的博士研究生郝敏、夏鹤，山东大学为第一作者和通讯作者单位。

【正文速览】

  在这项工作中，该团队开发了一种由干细胞、纳米载体和药物构建的新型“活材料”，可以实现药物靶向递送与实时监测。介孔二氧化硅包被超顺磁四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4@MSNPs)纳米载体通过CD44抗体生物偶联连接到人类脂肪源干细胞(hADSCs)上。hADSCs的肿瘤趋向性提供了靶向肿瘤的驱动力，介孔二氧化硅纳米载体提高了药物载量，抗体生物偶联可以降低干细胞内吞并进行给药。该方法降低了药物对hADSCs的作用，并促进阿霉素向肿瘤长效递送。研究结果表明，阿霉素成功给药诱导乳腺癌细胞(MCF-7)凋亡，超顺磁Fe3O4纳米颗粒可通过磁共振成像实时监测生物材料的递送进程。本研究为肿瘤治疗提供了一种“活材料”设计策略。

示意图. “活材料”设计及药物靶向递送过程

图1. 纳米载体材料表征及Dox释放情况

图2. 纳米载体生物相容性及抗体生物偶联表征

图3. 干细胞靶向性验证及癌细胞杀伤情况初步验证

图4. 癌细胞凋亡验证

图5. 药物渗透进入癌细胞球内部验证及MRI实时监测能力验证

【总结】

这项工作提出了一种用于肿瘤靶向治疗、可实时成像的“活材料”：Fe3O4@MSNPs@Dox@Anti-CD44 antibody修饰的hADSCs。hADSCs固有的肿瘤趋向性赋予活材料驱动力，使其靶向肿瘤。装载Dox的Fe3O4@MSNPs@Anti-CD44antibody与hADSCs之间的特异性生物偶联降低Dox在传递过程中对hADSCs的毒性。超顺磁Fe3O4是一种很好的MRI造影剂，可以实时监测药物的传递。Dox释放引起的MCF-7细胞凋亡证实该活材料肿瘤杀伤性良好，其机制涉及ROS积累、p53上调以及Bax/Bcl-2的调控。总的来说，活材料提供了一种有潜力的、有效的材料设计路线，提供主动驱动力靶向肿瘤并可实时监测，具有临床转化的潜力。

【作者简介】

  1. 桑元华，山东大学晶体材料研究院教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。主要从事纳米能源转化材料的研究、铌酸锂晶体生长及应用研究、以及生物组织工程材料及干细胞分化相关的研究。作为项目负责人承担了重点研发专项-政府间科技合作项目、山东省杰出青年基金、山东省重大创新工程项目、等，作为第一作者或者通讯作者在包括 Mater., Adv. Energy. Mater., 等国际重要学术期刊上发表60篇，其他合作文章80篇，EIS高被引论文11篇，个人H因子37，获得发明专利授权20项，第二完成人获得山东省自然科学一等奖。
  2. 冯世庆，主任医师，教授，博导。现任山东大学齐鲁医院骨科主任、山东大学骨科医学研究中心主任、国家脊髓损伤国际科技合作基地主任。教育部“长江学者”特聘教授、国家“万人计划”领军人才、教育部“新世纪优秀人才”、“泰山学者攀登计划”专家。担任第十届国际神经修复学会主席、中华医学会骨科学分会创新与转化学组组长、中国医师协会骨科医师分会智能骨科学组组长、中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会基础研究主任委员、中国康复医学会脊柱脊髓专委会副主任委员、中国医师协会神经修复专委会副主任委员。先后主持和完成国家重点研发计划“干细胞及转化研究”重点专项、国家自然科学基金重点项目、国家自然基金重点国际合作项目等项目23项，发表论文360余篇，其中SCI论文160余篇；授权专利25项；主编和参编专著15部。获得国家科技进步二等奖、省部级科技进步特等奖和一等奖、中华医学科技二等奖等科技奖励10项。
  3. 刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室，济南大学前沿交叉科学研究院，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。主要研究方向：生物传感材料与器件，组织工程与干细胞分化、纳米能源材料，等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重大项目、自然基金重点项目等科研项目，取得了重要进展。在包括Chem Soc Rev, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater， Eng. Sci., 等学术期刊上发表SCI文章400余篇，总被引次数超过20000次，H因子为67，30余篇文章被Web of Science的ESI高被引论文，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文，2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018-2021年连续四年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。授权专利30余项，两项研究成果分别实现了1000万技术转让。2019年获山东省自然科学奖一等奖。

【原文链接】

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

本文由作者供稿。

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