虾壳材料衍生的聚合物可以将抗癌药运送到肿瘤部位

药物输送是癌症治疗中反复出现的难题。科学家开发了许多抗癌疗法。但是这些药物通常会伤害健康的组织，药物甚至可能在到达肿瘤部位之前在血流中分解。如果将抗癌药溶解在某些化学溶液中，则它们的使用期限可能会更长，但是许多药物都具有潜在的毒性副作用。

纳米颗粒是一种有前途的药物递送系统。这些微小的颗粒也称为纳米载体，可以与药物结合并保护它们免于降解，直到它们进入肿瘤细胞。但是它们作为药物载体和药物保护剂的有效性以及对患者的潜在毒性在很大程度上取决于其大小，组成和化学性质。平衡这些竞争因素是一个微妙的过程。尽管研究人员在过去十年中在纳米医学上取得了重大进展，但是设计和合成小的，稳定的纳米颗粒仍然是一项艰巨的挑战，可以提供足够的药物来治疗实体瘤。

今年早些时候，华盛顿大学的科学家宣布，他们已经通过基于纳米颗粒的药物输送系统实现了这种平衡，该系统可以安全地将有效的抗癌药物通过血液运送。正如他们在5月《今日材料》杂志上发表的一篇论文中报道的那样，它们的纳米粒子是从几丁质衍生而来的。几丁质是一种天然的有机聚合物，它构成了虾的外壳。

威斯康星大学材料科学与工程学和神经外科教授张密琴领导的研究小组证明，他们的几丁质衍生系统可以成功地通过血液和血液中的抗癌药物紫杉醇(Taxol)转运。抑制小鼠的肿瘤生长和扩散，也称为转移。纳米颗粒没有显示出不利的副作用，可能是因为它们部分源自天然存在的聚合物。

密西根大学的教授说：“这可以构成一类新型的纳米颗粒输送系统的基础，该系统可以安全地在体内输送抗癌治疗药物，而不会产生纳米颗粒材料的毒副作用。”纳米工程系统和分子工程与科学研究所。

这些图像显示了从小鼠乳腺肿瘤中获取的组织样本。左侧的图像来自尚未接受任何抗癌药物的肿瘤。右边的图像来自使用紫杉醇负载的纳米颗粒治疗的肿瘤。右边的细胞形状异常，并被白色“起泡”区域隔开，这在使用紫杉醇治疗的小鼠肿瘤中可见。比例尺为75微米。图片来源：Mu等人，《今日材料》，2020年

一旦装载了紫杉醇，纳米颗粒的直径约为20.6纳米。根据美国国家纳米技术计划，这大约是人发宽度的1/4000。颗粒足够小，可以穿过血管并到达可能致密的肿瘤部位。

Zhang的团队首先将紫杉醇颗粒装载到壳聚糖的更长链上，壳聚糖是一种来自几丁质的材料。当在实验室或体内暴露于血清(一种血液蛋白)时，纳米纤维会分解形成纳米颗粒。研究人员表明，载有药物的纳米纤维在注射入小鼠体内后，会由于血液中的血清蛋白而迅速分解成微小的纳米颗粒，并且可以在血液中自由循环，进入器官并到达肿瘤部位。

该团队对装载紫杉醇的纳米颗粒进行了一系列实验，以了解它们对肿瘤的作用。在小鼠乳癌细胞的细胞培养物中，大多数癌细胞在治疗后48小时都显示出细胞死亡的迹象，这表明与纳米颗粒相关的紫杉醇可能会进入癌细胞并至少与游离紫杉醇一样损害细胞生长。在小鼠体内，装入紫杉醇的纳米纤维分解成纳米颗粒，对乳腺肿瘤的生长有90%的抑制作用，而如今广泛使用的临床溶液中注射的紫杉醇的抑制作用约为66%。纳米颗粒还可以抑制小鼠黑色素瘤的生长，最高可达75%。在小鼠的单独实验中，与紫杉醇在临床解决方案中不同，载有紫杉醇的纳米颗粒还可以防止乳腺癌扩散到身体的其他部位。

除了这些关于肿瘤的令人鼓舞的发现外，研究小组还发现纳米颗粒使紫杉醇在血液中的循环时间更长，从而使药物有更多的时间到达肿瘤部位。在小鼠的血液中，紫杉醇相关的纳米颗粒的半衰期接近25小时，而临床溶液中注射紫杉醇的不到2小时。注射纳米纤维的小鼠没有任何毒副作用的迹象，这表明纳米粒子本身并未对组织造成伤害。相反，当今广泛用于紫杉醇的临床解决方案可在小鼠中引起肝毒性以及其他副作用。

Zhang认为，壳聚糖衍生的纳米颗粒可以构成癌症无毒药物输送系统的基础，该系统可以使体内治疗药物保持更长的时间，从而抑制肿瘤的生长和转移。

张说：“这是一个非常有希望的发现。如今，许多用于抗癌药物的药物递送系统都具有毒副作用，并且不能在患者体内长期保护该药物。” “纳米颗粒具有使药物进入肿瘤细胞所希望的所有特性。就地制备的壳聚糖基纳米载体具有独特的生物相容性和生物降解性，为抗癌药物的输送提供了新的策略，并且具有很大的优势。具有快速翻译到诊所的潜力。”

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