利用电活性脂质体包被金纳米颗粒破坏氧化还原平衡用于癌症治疗：开启癌症治疗新征程

癌症治疗面临诸多难题，如手术创伤大、化疗需定制药物、放疗影响健康组织等。研究人员开展了以金纳米颗粒（Au NPs）为电子汇，结合电活性膜破坏癌细胞氧化还原平衡的研究。结果显示该方法能有效诱导癌细胞死亡，且大尺寸 Au NPs 效果更佳，为癌症治疗提供了新策略。

　　癌症，这个全球健康的重大挑战，如同隐藏在黑暗中的恶魔，不断威胁着人们的生命。传统的癌症治疗手段，如手术、化疗、放疗、光动力疗法等，都存在各自的局限性。手术的侵入性、化疗的药物特异性需求、放疗的设备成本和对健康组织的影响、光动力疗法的光敏剂水溶性和光穿透问题，以及纳米药物的毒性等，都让癌症治疗的道路充满荆棘。因此，开发创新的癌症治疗方法迫在眉睫。

在这样的背景下，国立成功大学等研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们利用希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）MR-1 的膜蛋白，开发出富含 c 型细胞色素的脂质体，并与金纳米颗粒（Au NPs）结合，构建了一种能够破坏癌细胞氧化还原平衡的新型纳米粒子 Au@MIL。研究发现，这种设计可使癌细胞中的电子自主转移到 Au NPs，从而破坏癌细胞内的氧化还原过程，诱导癌细胞死亡。并且，较大尺寸的 Au NPs 在根除癌细胞方面表现出更强的功效，尤其在缺氧条件下也能有效发挥作用。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为癌症治疗提供了新的思路和方法，具有重要的意义。

研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先是纳米粒子的制备技术，通过改良 Turkevich 法和种子生长法合成不同尺寸的 Au NPs，采用脂质体融合诱导膜交换（LIME）技术制备膜整合脂质体（MIL），并将二者结合形成 Au@MIL NPs；其次，运用多种表征技术，如高分辨率透射电镜（HRTEM）、能量色散光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT - IR）等对 Au@MIL NPs 进行结构和成分分析；还利用细胞实验技术，包括细胞毒性实验、克隆形成实验、线粒体膜电位检测、脂质过氧化检测等，探究 Au@MIL NPs 对癌细胞的作用机制；最后通过动物实验，建立荷瘤小鼠模型，评估 Au@MIL NPs 的体内抗肿瘤效果和生物安全性。

研究结果

1. Au@MIL NPs 的合成与表征：通过改良的 Turkevich 法合成了平均粒径为 70nm 的 Au NPs，利用 LIME 技术从希瓦氏菌 MR-1 制备出 MIL，在超声 - 冷却过程中，MIL 自组装到 Au NPs 表面形成 Au@MIL NPs。HRTEM 图像显示 MIL 膜紧密附着在 Au NPs 表面，厚度约为 5nm。EDS 和 FT - IR 等分析证实了 MIL 成功整合到 Au NPs 上，且确定了 MIL/Au 的最佳比例为 10。
2. Au@MIL NPs 的体外细胞毒性评估：选取 13 种不同细胞系进行测试，包括 2 种正常细胞系和 11 种癌细胞系。结果表明，70nm 的 Au@MIL NPs 对癌细胞具有显著的细胞毒性，而对正常细胞无明显影响。在 5 种细胞系（2 种正常细胞系和 3 种癌细胞系）的进一步研究中，发现 Au@PEG、Au@Lipo 和 Au@E. coli 对细胞无细胞毒性，突出了 MIL 在诱导癌细胞死亡中的关键作用。
3. Au@MIL NPs 抗癌效果的尺寸依赖性：研究发现，100nm 的 Au@MIL NPs 比 70nm 和 15nm 的 Au@MIL NPs 在杀死癌细胞方面更有效。对 Hep G2 和 MDA - MB - 231 细胞进行 RNA 测序分析，发现 Au@MIL NPs 处理后，差异表达基因参与了 DNA 修复、线粒体转变、细胞周期调控、氧化应激反应和细胞凋亡等生物学过程。
4. Au@MIL NPs 诱导的线粒体功能障碍：使用 JC - 1 荧光探针检测发现，Au@MIL 处理的 Hep G2 和 MDA - MB - 231 癌细胞线粒体膜电位降低，且随着处理时间延长，线粒体去极化加剧。同时，ATP - Red 1 荧光探针和 XF Cell Mito Stress Test 检测结果表明，Au@MIL NPs 导致癌细胞 ATP 合成减少，线粒体功能受损。
5. Au@MIL NPs 诱导的脂质过氧化：利用 BODIPY? 581/591 C11 荧光探针检测发现，Au@MIL NPs 处理的 Hep G2 细胞脂质过氧化水平显著增加，且在线粒体和内质网中均观察到脂质过氧化现象。
6. Au@MIL NPs 未诱导细胞内活性氧（ROS）产生：使用 DCFH - DA 探针检测发现，Au@MIL NPs 处理的细胞中未检测到 ROS 产生，表明 Au@MIL NPs 诱导癌细胞死亡主要归因于脂质过氧化，而非 ROS 产生。
7. Au@MIL NPs 的稳定性和体内抗肿瘤效果：Au@MIL NPs 在羊血中未表现出溶血现象，在 4°C 和 25°C 储存 7 天仍保持稳定，且抗癌效果持续。在 Hep G2 - Red - FLuc 原位肝癌荷瘤小鼠模型中，Au@MIL NPs 组肿瘤显著缩小，小鼠生存率明显提高，且对正常器官无明显毒性。

研究结论与讨论

本研究成功开发了 Au@MIL NPs 用于破坏癌细胞的氧化还原平衡，有效诱导癌细胞死亡。较大尺寸的 Au NPs 由于其较大的总表面积和更多的细胞色素，能够更有效地促进电子转移，增强抗癌效果。电子从癌细胞转移到 Au NPs 是通过细胞色素实现的，这一过程得到了多种实验的证实，如抗氧化剂维生素 E 可减轻 Au@MIL NPs 的氧化损伤，Au@MIL NPs 与癌细胞孵育后表面等离子体共振（SPR）蓝移和带宽变窄，以及 X 射线吸收近边结构（XANES）分析显示 Au 5d 轨道电子填充增加等。此外，在缺氧条件下，Au@MIL NPs 仍能对癌细胞造成损伤，尽管其杀伤效果在缺氧条件下有所降低。

这项研究为癌症治疗提供了一种新的策略，Au@MIL NPs 有望成为一种高效、安全的抗癌纳米药物。然而，目前仍存在一些问题，如 Au@MIL NPs 在不同癌细胞中的摄取效率与抗癌效果之间的关系尚不明确，以及缺氧条件下癌细胞对 Au@MIL NPs 的抵抗机制有待进一步研究。未来的研究可以针对这些问题展开，进一步优化 Au@MIL NPs 的设计，提高其抗癌疗效，为癌症患者带来新的希望。