華南理工大學科研團隊在腫瘤酸性微環境激活型納米材料的研究方面取得重要進展！該研究通過發展了具有“質子晶體管”效應的pH超敏納米去垢劑，使得具有裂解細胞膜活性的材料在殺滅腫瘤細胞的同時，突破了以往該類材料對正常細胞和組織的高毒性問題，為腫瘤乃至耐藥腫瘤的治療提供了新策略和新思路。3月25日，研究成果以論文形式在納米技術領域頂級學術期刊NatureNanotechnology上在線發表。
該研究由華南理工大學生物醫學科學與工程學院、國家人體組織功能重建工程技術研究中心王均教授和熊夢華教授團隊，與中山大學孫逸仙紀念醫院鮑燕副研究員、中國科學技術大學肖石燕副教授合作。劉明冬博士后、黃良琪碩士與張偉男博士為論文的共同第一作者。
論文首頁截圖
據介紹，具有裂解細胞膜活性的材料可誘導對腫瘤細胞的“死亡之吻”，克服腫瘤細胞的異質性和耐藥等問題。然而，這類材料對正常組織和細胞具有很強的毒性，臨床上僅能通過瘤內注射的方式進行給藥。這類材料通常包含陽離子和疏水區域的兩親性結構，其陽離子殘基對負電性細胞膜產生強烈的靜電吸引，疏水區域插入磷脂雙分子層，產生類似去垢劑的膜裂解作用。遺憾的是，兩親性結構的上述材料也因此對正常組織和細胞產生較高的毒性。因此，其應用的關鍵是如何實現這類材料對靶細胞的選擇性。
以往，研究人員通常利用致病性微生物和哺乳動物細胞之間細胞膜結構和組成的巨大差異，以及感染后的微環境與正常組織的顯著差異，來調控兩親性平衡或設計感染微環境響應性的材料，以實現對病原體的選擇性殺傷，用于抗菌等方面的應用。但該策略并不適用于對腫瘤細胞的殺傷，主要原因是腫瘤細胞的細胞膜成分和正常組織細胞的細胞膜的結構組成、理化性質差異不大；很多研究顯示腫瘤組織和正常組織相比有特殊的理化微環境，如正常組織pH約為7.4，而腫瘤組織pH稍低，約為6.5-7.0，差異較小。上述研究旨在利用腫瘤組織和正常組織微小的pH差異，實現材料通過膜裂解活性的高精確調控，來解決該類材料在腫瘤治療中的關鍵技術瓶頸。
研究團隊發展了具有“質子晶體管”效應的pH超敏納米去垢劑pTNTs（“Protontransistor”Nanodetergents），可將腫瘤組織中微小的pH變化信號放大，轉變成強的細胞膜裂解活性“開/關”轉換信號，從而實現對腫瘤細胞膜的選擇性裂解和殺傷。研究通過大量篩選獲得的材料P(C6-Bn20)，可在0.1的pH變化下對腫瘤細胞實現>32倍的毒性增強，在多種動物腫瘤模型中均顯示出強抗腫瘤效應；而小鼠對該材料具有很強的耐受性，在50mg/Kg的劑量下沒有觀察到明顯的肝腎毒性。pTNT的設計實現了在0.1的pH變化下膜裂解活性材料功能的精準控制，為腫瘤乃至耐藥腫瘤的治療提供了新策略和新思路。（圖文/生物醫學科學與工程學院編輯/趙春旭）
附：科研團隊及單位簡介
王均教授及團隊長期從事腫瘤酸性微環境激活型納米藥物及載體材料的設計與研究，率先提出基于2，3-二甲基馬來酰胺鍵的腫瘤酸性微環境活化的納米載體構建技術，發展了“電荷反轉”、“尺寸可變”、“PEG脫殼”等腫瘤酸性微環境活化的納米材料，可控調節納米載體的電荷、尺寸、表面PEG密度、藥物釋放速率等，幫助實現納米藥物在體內各遞送環節的高效協同，在AngewChemIntEd（2010,49,3621-3626，ESI高被引）、JACS（2011,133,17560-17563，ESI高被引）、AdvMater（2012,24,5476-5480，ESI高被引）、ACSNano（2012,6,771-781，被Nanomedicine,2012,7,182-183專文點評）、PNAS（2016,113,4164-4169，ESI高被引，入圍ResearchFrontier）、ACSNano（2016,10,6753-6761，ESI高被引）、ACSNano(2019,13,8648-8658)、NanoLett(2019,19,8947-8955)、AngewChemIntEd(2020,59,7168)等發表了系列研究論文，并撰寫綜述AccountsofChemicalResearch(2018,51,2848），具有較高的學術影響力，相關研究獲廣東省自然科學獎一等獎。
華南理工大學生物醫學科學與工程學院于2017年12月成立，是華南理工大學廣州國際校區首批建設的新工科特色學院之一，王迎軍院士擔任學院的首席科學家。學院面向生物醫學發展前沿和健康產業重大需求，重點發展生物醫學工程、生物醫學科學、生物制藥方向，利用粵港澳大灣區地緣優勢，力求在生物醫學學科前沿領域實現基礎性、前瞻性、戰略性突破。學院廣納全球英才，現有院士1人，國家級人才項目入選者2人，國家級青年人才項目入選者6人，PI在省部級以上人才項目入選率達80%。
國家人體組織功能重建工程技術研究中心成立于2009年，是由國家科技部正式批準以華南理工大學為依托單位建設的國家級科技創新與工程技術轉化平臺。中心在王迎軍院士帶領下，以提高人類健康水平為目標，建立了“醫-工-研-企-監”協同創新機制，充分發揮華南理工大學多學科支撐和工程化優勢，在人體組織修復與再生及相關領域的基礎科學問題及人體組織功能重建共性關鍵技術等方面做出了卓越貢獻，已成為一個集科技創新、成果轉化、行業高技術人才培養于一體，且具有國際先進水平的科技創新平臺，推動了醫療器械與生物材料行業的發展與進步。