等離激元特性金納米材料遠程調控細胞內生物學事件

　　自上世紀初，人類就開始研究超聲或外加磁場介導的高熱治療在臨床醫學中的各種應用。隨著各種熱療納米材料的發現與設計，相關近紅外光吸收能力與高效光熱轉化效應幫助基于納米特性的熱療在傳統治療中得以實現更安全、高效、靶向、可控的應用。其中，金納米材料的等離激元特性介導的溫和熱刺激（40 ℃ ~ 42 ℃）展現出了獨特的生物學效應，并為臨床治療提供了全新思路。近日，國家納米科學中心的陳春英研究員團隊討論和探索了金納米材料介導的局域溫和熱療可以遠程調控細胞內生物學事件，匯總了該技術在癌癥治療、組織工程以及再生醫學等領域的國內外發展現狀，并借此展望這一領域的未來方向。

　　金的應用已伴隨人類歷史幾千年，基于穩定、惰性、容易加工制備等特點，在流通貨幣、美容、珠寶和藝術裝飾等方面得以重用。不僅如此，納米尺度的金材料更展現出特有的物理化學性質。基于其局域表面等離子體共振（LSPR）的特性，金納米材料在近紅外光激發的光熱治療中展現了優異的特性。通過設計各類不同形貌、尺寸和比例的金納米材料，人們可以調控金納米材料的近紅外光吸收波段、光熱轉化效率、靶向組織富集以及體內代謝等，從而擴展該類材料在臨床醫學中的應用范圍。

　　不同于傳統熱療，金納米材料可靶向局部組織，在特定病灶區域實現溫度可控的精準溫和熱療(~42 ℃)以及高熱療法(hyperthermia)。近年來，越來越多的工作關注了金納米材料介導的溫和熱療在細胞和組織層面展現的特有生物效應。在癌癥治療中，42 ℃的溫和熱療會特異性殺傷對溫度敏感的癌細胞。陳春英團隊的研究表明，溫和熱刺激可改變腫瘤組織中血管的滲透性，從而提高抗癌納米藥物在腫瘤組織的靶向富集和運輸效應。與此同時，溫和熱療可通過刺激細胞內熱休克蛋白三聚體的表達，降低癌細胞的耐藥性。金納米材料介導的溫和熱療在組織工程和再生醫學領域也展現了獨特應用，例如神經元細胞激活、心肌細胞修復、骨質疏松抑制以及間充質干細胞促增殖與分化等等。SiO2包被金納米棒具有增強心臟細胞伸展性和排列的性能，還可增強聽覺神經元的電活動。 ACS Nano 最新發表了Suzuki和Ciofani等人的相關工作——利用SiO2核金為殼的核殼金納米材料(Gold nanoshell)產生的溫和熱療可以增強肌動蛋白-肌球蛋白作用，提高心肌細胞線粒體的產生，從而顯著激活肌管細胞的收縮并提高其生存能力。由此可見，與傳統熱療不同，金納米材料介導的溫和熱療在腫瘤治療、組織工程與再生醫學方面的應用，為我們提供了全新的視野與研究方向。

　　盡管研究前景廣闊，納米材料在臨床醫學應用中的生物相容性與安全性仍需要深入研究。與此同時，人們還需要更系統深入地探索理解不同形貌與尺寸的金納米材料在活體組織中的富集效率與清除機制，從而有效地利用近紅外激發的溫和熱療功效真正造福臨床醫學。這一報道近期發表在ACS Nano 上，文章的第一作者是國家納米科學中心的副研究員李佳陽，通訊作者為國家納米科學中心的研究員陳春英。