综述：共价有机框架（COFs）在肿瘤纳米技术中的研究进展

《Archives of Pharmacal Research》：Covalent organic frameworks in cancer theranostics: advancing biomarker detection and tumor-targeted therapy

共价有机框架（COFs）在肿瘤诊疗方面有应用潜力，本文综述其在癌症诊断、检测及治疗的进展。

　　

共价有机框架（COFs）在肿瘤纳米技术中的研究进展

在生命科学和健康医学领域，攻克癌症始终是科研人员不懈追求的目标。近年来，新型材料的出现为癌症诊疗带来了新的曙光，共价有机框架（Covalent Organic Frameworks，COFs）便是其中备受瞩目的一员。COFs 作为一种新型纳米多孔材料，凭借独特的理化性质、易于修饰的特点以及能与多种基团和治疗分子偶联的能力，在肿瘤纳米技术领域掀起了研究热潮。

一、COFs 的特性及优势

COFs 是一类由有机分子通过共价键连接而成的晶态多孔聚合物。其结构有序、孔径均一，拥有高比表面积，这为其在肿瘤诊疗中的应用奠定了坚实基础。从理化性质来看，COFs 具有良好的稳定性，能在多种环境下保持结构完整性，确保其功能的有效发挥。同时，其可设计性强，科研人员能够根据不同的需求，精准调控 COFs 的结构和功能，使其更好地适配肿瘤诊疗场景。

易于修饰是 COFs 的一大突出优势。通过化学修饰，可以在 COFs 表面引入各种功能基团，如靶向基团、荧光基团等。这些功能基团赋予了 COFs 更多的 “超能力”，使其能够更精准地识别肿瘤细胞，实现对肿瘤的特异性诊断和治疗。例如，引入靶向基团后，COFs 纳米载体可以像装上了导航系统一样，准确地将治疗药物输送到肿瘤组织，减少对正常组织的损伤，提高治疗效果。

此外，COFs 能够与多种治疗分子偶联，这意味着它可以搭载不同类型的抗癌药物，实现联合治疗。联合治疗能够从多个角度攻击肿瘤细胞，克服肿瘤细胞的耐药性，提高癌症治疗的成功率。比如，将化疗药物和光热治疗试剂同时偶联到 COFs 上，在进行化疗的同时，利用光热效应进一步杀死肿瘤细胞，达到协同治疗的目的。

二、COFs 在癌症诊断与检测中的应用

癌症的早期诊断对于提高患者生存率至关重要。在这方面，COFs 展现出了巨大的潜力，尤其是作为潜在的癌症衍生生物标志物传感器。生物标志物是反映肿瘤存在和生长的一类物质，通过检测生物标志物，可以实现对癌症的早期发现和诊断。

COFs 能够通过多种方式实现对生物标志物的检测。其中，基于荧光信号变化的检测方法较为常见。当 COFs 与特定生物标志物发生相互作用时，其荧光强度会发生改变，科研人员可以通过检测荧光强度的变化来确定生物标志物的浓度。例如，某些 COFs 对肿瘤相关的蛋白质或核酸具有特异性识别能力，在结合这些生物标志物后，COFs 的荧光特性会发生显著变化，从而为癌症诊断提供准确依据。这种检测方法具有灵敏度高、选择性好的优点，能够在复杂的生物样品中精准地检测出极微量的生物标志物。

除了荧光检测，COFs 还可以通过电化学方法检测生物标志物。在这种检测方式中，COFs 作为电极材料，当生物标志物与 COFs 表面发生反应时，会引起电极表面的电化学信号变化，如电流、电位等。通过监测这些电化学信号的改变，就可以实现对生物标志物的定量分析。电化学检测方法具有操作简单、响应速度快等优势，有望开发成为便捷的癌症诊断工具，为临床检测提供更多选择。

然而，COFs 在癌症诊断与检测中的应用仍面临一些挑战。在实际生物样品检测中，生物样品的复杂性可能会干扰 COFs 与生物标志物的相互作用，导致检测结果不准确。此外，目前大多数基于 COFs 的检测方法仍处于实验室研究阶段，要实现临床转化，还需要进一步优化检测技术，提高检测的稳定性和可靠性，降低检测成本。

三、COFs 在癌症治疗中的应用

（一）作为纳米载体的药物递送

COFs 作为生物相容性良好的纳米载体，在药物递送方面发挥着重要作用。它可以将各种治疗药物，如化疗药物、小分子靶向药物等包裹在其内部或吸附在表面，然后通过血液循环系统运输到肿瘤组织。

在肿瘤组织中，COFs 能够利用肿瘤细胞的一些特殊生理特性，如高通透性和滞留效应（Enhanced Permeability and Retention effect，EPR 效应），实现药物的被动靶向递送。肿瘤组织的血管内皮细胞间隙较大，且淋巴回流系统不完善，使得 COFs 纳米载体能够更容易地渗透到肿瘤组织内部，并在肿瘤部位富集。同时，科研人员还可以通过修饰 COFs 表面，引入针对肿瘤细胞表面特异性受体的靶向配体，实现主动靶向递送。这种主动靶向策略能够进一步提高 COFs 纳米载体在肿瘤细胞的摄取效率，增强治疗效果。

例如，将阿霉素（一种常用的化疗药物）负载到表面修饰有肿瘤靶向配体的 COFs 纳米载体上，在动物实验中发现，与单纯使用阿霉素相比，COFs 载药系统能够更有效地抑制肿瘤生长，且对正常组织的毒副作用明显降低。这充分展示了 COFs 作为纳米载体在药物递送方面的优势，为提高化疗药物的疗效、减少毒副作用提供了新途径。

（二）联合治疗策略

COFs 不仅可以作为药物载体，还能够与多种治疗方式联合使用，实现更高效的癌症治疗。常见的联合治疗方式包括光热治疗（Photothermal Therapy，PTT）、光动力治疗（Photodynamic Therapy，PDT）和化疗的联合。

光热治疗是利用光热转换材料将光能转化为热能，使肿瘤组织温度升高，从而杀死肿瘤细胞。COFs 可以通过引入具有光热转换能力的基团，使其具备光热治疗功能。在近红外光照射下，COFs 吸收光能并转化为热能，局部温度升高，直接破坏肿瘤细胞的结构和功能。与化疗联合时，光热治疗产生的高温可以增加肿瘤细胞的膜通透性，促进化疗药物的摄取，同时还能抑制肿瘤细胞对化疗药物的耐药性，增强化疗效果。

光动力治疗则是利用光敏剂在光照下产生单线态氧等活性氧物质（Reactive Oxygen Species，ROS），杀死肿瘤细胞。COFs 可以负载光敏剂，在特定波长光的照射下，产生大量 ROS，诱导肿瘤细胞凋亡。与化疗联合时，ROS 能够破坏肿瘤细胞的 DNA、蛋白质等生物大分子，与化疗药物的作用机制互补，协同抑制肿瘤生长。

例如，研究人员制备了一种同时负载化疗药物和光敏剂的 COFs 纳米复合材料，在动物实验中，通过交替进行光照和化疗药物给药，发现肿瘤生长得到了显著抑制，小鼠的生存率明显提高。这种联合治疗策略充分发挥了 COFs 的多功能性，为癌症治疗开辟了新的方向。

四、COFs 在固体肿瘤治疗中的挑战与前景

尽管 COFs 在肿瘤诊疗领域展现出诸多优势，但在固体肿瘤治疗方面仍面临一些严峻挑战。在科研方面，COFs 的大规模制备技术尚不成熟，难以满足临床大量需求。目前制备 COFs 的方法大多存在反应条件苛刻、产率低、产物纯度不高等问题，限制了其进一步的推广应用。此外，COFs 在体内的代谢过程和长期安全性仍有待深入研究。虽然 COFs 具有良好的生物相容性，但在体内复杂的生理环境下，其降解产物是否会对机体产生潜在危害还不清楚。

在临床应用方面，COFs 的给药方式和剂量优化也是亟待解决的问题。如何将 COFs 纳米载体高效地输送到固体肿瘤组织内部，同时避免在其他正常组织中过多积累，是提高治疗效果和减少副作用的关键。目前的给药途径和剂量方案大多是基于动物实验结果，在人体临床试验中可能需要进一步调整和优化。

然而，尽管面临挑战，COFs 在肿瘤治疗诊断（Theranostics）方面的潜力依然不可忽视。随着材料科学、生物医学工程等多学科的不断发展，相信这些问题将逐步得到解决。未来，科研人员可以进一步优化 COFs 的结构设计，提高其靶向性和治疗效果；开发更高效的制备方法，降低生产成本；深入研究 COFs 在体内的代谢机制和安全性，为其临床转化提供坚实的理论基础。

五、结语

共价有机框架（COFs）作为一种新型纳米材料，为肿瘤纳米技术带来了新的机遇。其在癌症诊断、检测和治疗方面展现出的独特优势，为攻克癌症提供了新的思路和方法。尽管目前在固体肿瘤治疗中还面临诸多挑战，但随着研究的不断深入和技术的进步，COFs 有望在未来的临床癌症治疗中发挥重要作用，为癌症患者带来新的希望。科研人员需要继续努力，加强基础研究和应用研究，推动 COFs 从实验室走向临床，为人类健康事业做出更大的贡献。