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在藥物穿過患者腫瘤組織過程中，最大的阻礙之一就是高間質(zhì)液壓力。它仿佛是腫瘤內(nèi)部的一股看不見的湍流，阻擋藥物的進(jìn)入。

近日，中國科學(xué)院上海藥物研究所研究員甘勇與中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員施興華團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)了一種新型梭形納米粒子，使其如敏捷的“飛魚”般在復(fù)雜高壓的腫瘤組織中自由穿梭，為腫瘤治療提供新策略。

1、高壓“逆流” 影響藥效

高間質(zhì)液壓力的來源因素多種多樣，包括細(xì)胞快速增殖引起的液體積累、血管異常以及淋巴引流受阻等，這些復(fù)雜的條件共同作用形成一個(gè)高壓區(qū)域。

▲梭形納米粒子高效輸運(yùn)的效果及微觀機(jī)制。（圖片來源：中國科學(xué)院上海藥物研究所）

如果腫瘤是深海中的一塊礁石，那么高間質(zhì)液壓力則是圍繞它周圍的強(qiáng)勁水流，藥物一旦靠近區(qū)域核心就會(huì)被沖回到邊緣，在腫瘤組織中難以到達(dá)深處的腫瘤細(xì)胞，從而顯著削弱治療效果。

這股高壓“逆流”是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，多年來，科學(xué)家為破解它絞盡腦汁。

2、精巧設(shè)計(jì) 效果顯著

近日，科研人員設(shè)計(jì)了一種新型的高曲率梭形納米粒子，發(fā)現(xiàn)它可以克服高間質(zhì)液壓力（簡稱高壓）的阻礙。

傳統(tǒng)的納米粒子以球形和棒狀為主，而這種梭形納米粒子能更輕松地穿越腫瘤組織中的高壓“逆流”。為了驗(yàn)證其效果，研究團(tuán)隊(duì)開展了一系列實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家們將不同形狀的納米粒子注射到小鼠的腫瘤環(huán)境中。結(jié)果顯示，梭形納米粒子像靈巧的“飛魚”，迅速穿過了腫瘤組織中的高壓區(qū)域，高效富集于腫瘤的核心部位。

研究表明，這種新型梭形納米粒子能夠顯著提高腫瘤深部藥物的積累量，增強(qiáng)藥物的抗腫瘤效果。由于能夠有效穿透腫瘤內(nèi)部，梭形納米粒子能夠更精準(zhǔn)地將藥物輸送到深處癌細(xì)胞，提高了藥物的治療效果，減少了癌細(xì)胞的生長和擴(kuò)散，從而延長小鼠的生存周期。

3、師法自然 患者福音

梭形納米粒子的設(shè)計(jì)靈感來自大自然的梭形菌。

科研人員發(fā)現(xiàn)，梭形菌在多種腫瘤的高壓核心區(qū)域內(nèi)大量存在。恰巧，梭形菌的形狀像敏捷的“飛魚”，能夠在復(fù)雜高壓的腫瘤組織中自由穿梭。

這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們茅塞頓開：如果能模仿梭形菌的形狀結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出類似的納米粒子，是否也能輕松穿越腫瘤組織的高壓障礙呢？

結(jié)果，令他們大為驚喜。

為了更深入了解梭形納米粒子運(yùn)動(dòng)機(jī)制，研究人員還使用超分辨率顯微鏡和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行觀察研究。結(jié)果顯示，高曲率的梭形納米粒子在流體中的運(yùn)動(dòng)更為流暢，遇到的阻力更小。這種獨(dú)特設(shè)計(jì)使得梭形納米粒子在穿越腫瘤組織時(shí)，能夠迅速克服高壓差，直達(dá)目標(biāo)區(qū)域。在致密組織穿透時(shí)，它們的移動(dòng)速度明顯高于傳統(tǒng)的球形和棒狀納米粒子。

該研究表明，了解納米粒子物理屬性，對于理解藥物輸送至關(guān)重要。該研究也為未來抗癌治療提供了新思路。

論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2319880121

作者：姜小荷 俞淼榮 甘勇

來源：中國科學(xué)院上海藥物研究所