磁铁纳米发电机可精准控制红细胞内的抗癌药物在肿瘤部位的释放，从而实现优异的体内抗肿瘤效率。

■本报记者 张思玮

人类对癌症的研究从未停止。特别是近年来，全球癌症发病率持续增长，更是让众多目光聚焦在这一领域。

数据统计显示，2018年全球预计有1810万癌症新发病例和960万癌症死亡病例。而我国新增病例数为380.4万例、死亡病例数为229.6万例。这就意味着全球每新增100个癌症患者中，中国就占据21个。

化学疗法作为适用范围最广的肿瘤治疗手段，一直备受人们的关注。但同样，也因其存在一些毒副作用，如恶心、呕吐、心脏毒性、骨髓抑制、黏膜炎以及脱发等，让人望而却步。

于是，如何能将化疗药物精准定向输送到病灶部位，并可控释放，还能达到提高杀死肿瘤的效率并减少毒副作用的目的，成为业内研究的热点之一。

最近，中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员李舟团队与中科院过程工程研究所研究员魏炜合作在抗肿瘤药物递送系统方面取得了一定成果，并发表在国际学术期刊《先进功能材料》上。

“我们通过了磁性互斥结构植入式摩擦纳米发电机的研制，将其用于控制载药红细胞在肿瘤部位的定点药物释放，在小鼠体内实现了高效的肿瘤治疗效果。”李舟告诉《中国科学报》。

化疗地位不容小视

所谓的肿瘤化学疗法就是通过抗肿瘤药物来实现杀伤或者抑制肿瘤细胞的目的。经过几十年的发展，目前化疗药物主要有烷化剂、抗代谢药、抗肿瘤抗生素、植物类药等，给药途径也存在口服、静脉和体腔等方式。

中国医学科学院肿瘤医院肿瘤内科主任徐兵河在接受《中国科学报》采访时表示，目前，化疗在肿瘤治疗中主要有三种使用方式。第一，单独使用治疗某些肿瘤，甚至可以达到根治的效果，比如恶性淋巴瘤、绒癌等。第二，配合其他方式进行治疗，提升整体预后水平。比如骨肉瘤患者如果单纯手术治疗的5年生存率只有20%，并且存在截肢的风险，而如果配合化疗，5年生存率可达到60%～80%，且基本不用截肢。第三，与其他药物配合，对晚期肿瘤患者进行姑息治疗，虽达不到根治目的，但是可以减轻患者痛苦。

而当前，很多患者一听到化疗两个字，就会产生抵触情绪。“其实化疗并不是大家想象得那么可怕，只要处理得好，副作用已经能降到最低。”徐兵河也承认，化疗药物的确会对正常细胞代谢产生影响，也可能会产生耐药性。

采访中，徐兵河提醒，任何治疗都会有一定副作用，即便是当下肿瘤治疗领域热门的免疫治疗同样也有副作用，比如一些肿瘤患者经过免疫治疗，可能会出现心肌炎、肾脏炎性反应等。

红细胞能否“伪装”

那么，能否通过在空间、时间及剂量上调控抗肿瘤药物，以提高物理或化学靶向的能力，减少化疗药物的毒副作用呢？

科学家们给出的答案是：可以。目前，国内外在此方面的研究总体可以分为两大类：一种是对药物本身进行修饰，例如改变化疗药物的亲疏水性，以及提高靶向肿瘤细胞能力，这种方式可能会改变原有化疗药物的药效，且成本相对昂贵；另外一种是用智能“胶囊”载体将药物进行包裹。研究较多的载体包括纳米粒、脂质体、乳剂、微纳胶囊等。

但目前，药物递送系统往往是通过被动缓释方式实现治疗效果，更加安全性的、可主动控释的药物释放体系仍然是药物递送系统的难题。

“理想的药物递送系统往往需要体内较长循环时间，自主控制释放，安全性好，可以在体内实现精确时空靶向病灶部位等能力。”李舟表示，基于生物体内源细胞膜的药物递送系统可以在很大程度上满足上述需求，而红细胞具有长达120天的体内循环时间，无外移植物的免疫原性等诸多优点，可以作为很好的“伪装”包裹抗癌药物。同时，载药红细胞可对高压电场刺激产生响应性释放。

然而，传统高压电源设备体积庞大，安全系数低，患者无法自主操作，这些因素阻碍了电场控制式药物递送系统在肿瘤治疗中的应用。

走入临床尚需时日

李舟研究团队和魏炜合作，克服诸多困难，设计出纳米发电机的电场对装载阿霉素的红细胞膜具有精准的控制释放作用。

众所周知，电场可以改变带电物质的运动轨迹，这是电场控制式药物递送系统可行的最根本的原因。而对于红细胞而言，电场可以改变红细胞磷脂的运动轨迹，从而改变细胞膜的通透性。

研究人员于是将磁铁纳米发电机与叉指电极或微针电极结合，在二维肿瘤细胞、三维肿瘤球团以及小鼠体内的实体肿瘤三个层面，均实现了低浓度给药前提下的优异肿瘤治疗效果。尤其是在活体实验中，该纳米发电机与微针电极相结合的药物递送和释放系统，显著延长了荷瘤小鼠的生存寿命，并且对荷瘤小鼠毒副作用更低。

值得一提的是，在施加电场时，药物释放加速为本底值的3～4倍；而在电场消失后，药物释放量迅速回归本底值，从而实现了药物的可控释放。

“对于特殊部位以及无法分清边界的肿瘤，手术很难切除，例如鼻咽癌、胰腺癌、扁桃体癌等，而且中晚期患者往往会有贫血、脱水、代谢障碍等并发症，他们的身体无法承受手术和放射治疗的折磨，我们就可以把微针电极通过微创的方式插入到肿瘤部位进行电刺激，也为肿瘤治疗提供一种切实可行的方法。”李舟希望，将植入式或穿戴式摩擦纳米发电机应用于神经修复，糖尿病、心血管疾病、骨修复等其他疾病治疗方法的研究。

期望总是美好的，但真正走入临床应用，在徐兵河看来，还需要一段时间。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.201808640