金刚石纳米颗粒表面sp3/sp2碳比例调控肿瘤促血管生成潜能的作用机制研究

本研究针对肿瘤高促血管活性导致的预后不良问题，通过系统评估不同表面修饰金刚石纳米颗粒（NDs）对肿瘤微环境的调控作用，发现高sp3/sp2碳比的NDs能显著降低T98G和HepG2细胞分泌IL-6、IL-8等关键促血管因子，并通过NF-κB通路抑制内皮细胞迁移和管状结构形成。该成果为NDs在抗肿瘤血管治疗中的应用提供了重要理论依据。

　　

在肿瘤治疗领域，失控的血管生成始终是临床面临的重大挑战。肿瘤细胞通过分泌大量促血管因子如VEGF、IL-6等，诱导形成紊乱的血管网络，这不仅加速肿瘤生长，更为转移铺平道路。尽管已有抗血管生成药物获批用于肝癌、乳腺癌等治疗，但长期疗效有限且易产生耐药性。近年来，金刚石纳米颗粒（NDs）因其独特的生物相容性和多靶点作用特性，成为肿瘤治疗的新希望。然而，NDs表面化学组成尤其是sp³/sp²碳比例对其生物活性的影响机制尚不明确，这严重制约了其临床应用开发。

华沙理工大学的研究团队在《Scientific Reports》发表的重要研究中，首次系统揭示了NDs表面sp³/sp²碳比例通过调控肿瘤细胞分泌组间接抑制血管生成的分子机制。研究人员采用羟基化（ND-M1）、胺化（ND-M2）和羧基化（ND-M3）三种表面修饰方法，结合XPS和拉曼光谱精确表征了不同NDs的sp³/sp²碳比例。通过2D/3D模型联用，发现高sp³碳含量的ND-M3能特异性下调T98G细胞中IL-6、IL-8分泌达50%，同时将HepG2细胞的ANG水平降低5倍。

关键技术包括：①动态光散射和Zeta电位分析NDs理化特性；②TransAM ELISA检测NF-κB p65活性；③抗体芯片定量43种血管相关蛋白；④微流控3D生物打印构建肿瘤-内皮共培养模型；⑤ImageJ软件量化管状结构形态学参数。

NDs' direct cytotoxicity depends on the cell type

研究发现NDs的细胞毒性具有显著类型特异性：间质表型的MDA-MB-231和T98G细胞对ND-R更敏感，50 mg/L剂量即可使存活率降低28%；而上皮表型的HepG2和MCF-7细胞即使暴露于100 mg/L仍保持90%以上活性。LDH实验证实所有NDs对细胞膜完整性影响<15%，表明其作用主要通过代谢调控而非直接膜损伤。

Higher sp³ carbon content on surface of NDs inhibits endothelial migration

迁移实验显示ND-M3表现最优异的抑制效果：在T98G条件培养基中，HUVEC迁移面积减少30%。3D生物打印模型进一步验证，仅ND-M3处理组在T98G球体周围形成明显内皮细胞空白区，而HepG2组无此现象，证实其作用具有肿瘤类型特异性。

The sp³/sp² carbon ratio determines the cellular redox state

氧化应激分析揭示关键机制：ND-R使T98G的ROS水平激增100倍，而ND-M3仅引起2倍升高。Western blot显示ND-M3能下调HepG2细胞p65磷酸化水平，但对T98G细胞的NF-κB激活呈现双相调节，表明其存在NF-κB非依赖通路。

Surface-modified NDs downregulate proangiogenic and proinflammatory proteins

抗体芯片数据显示ND-M3处理使T98G细胞的TIMPs、MMP1水平降低3倍，ANGPTs同步下调；在HepG2中则选择性抑制ANGPT-2/Tie-2轴。基因表达分析发现ND-M3组HUVEC的KDR（VEGFR2）和CAV1表达显著受抑，揭示了其多靶点作用特征。

这项研究首次建立了NDs表面sp³/sp²碳比例与抗血管活性间的量效关系，阐明了其通过调控分泌组重塑肿瘤微环境的新机制。特别值得注意的是，高sp³碳含量的NDs在不引起显著细胞毒性的浓度下（50 mg/L），即可实现对促血管因子的精准调控，这为开发低毒多靶点抗肿瘤制剂提供了新思路。研究揭示的表型依赖性效应（上皮vs间质肿瘤）为临床个体化用药提供了重要参考依据。未来研究可进一步探索NDs表面官能团密度与sp³碳比例的协同优化策略，以提升其靶向性和治疗效果。