基于磁性納米材料的腫瘤靶向治療研究進(jìn)展*

唐倩倩 吳榮謙 樊海明 劉曉麗 呂 毅**

（1）西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院Med-X研究院再生與重建醫(yī)學(xué)研究所，西安 710049；2）西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院精準(zhǔn)外科與再生醫(yī)學(xué)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，西安 710061；3）西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心，西安 710061；4）西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，西安 710069；5）西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，西安 710127）

目前，惡性腫瘤已成為威脅人類(lèi)健康的頭號(hào)殺手［1］，化療在惡性腫瘤的治療中占有主要地位，然而化療存在的主要問(wèn)題是藥物生物利用度低，在腫瘤病灶部位富集度低，導(dǎo)致療效低，同時(shí)還引發(fā)耐藥問(wèn)題和嚴(yán)重的毒副作用［2］。因此，如何將藥物精準(zhǔn)地輸送至腫瘤組織以實(shí)現(xiàn)靶向治療是亟需解決的重大科學(xué)問(wèn)題。1906年，德國(guó)細(xì)菌學(xué)家Paul Ehrlich［3］首次提出了靶向治療的概念。靶向治療的目的在于提高藥物生物利用度，改善藥物在體內(nèi)的分布，提高靶區(qū)藥物濃度，降低藥物在正常組織中的毒性［4-6］。磁性納米顆?？身憫?yīng)外磁場(chǎng)，產(chǎn)生力、熱等效應(yīng)，在靜磁場(chǎng)作用下磁性納米顆?？勺鳛橐粋€(gè)傳輸系統(tǒng)運(yùn)送生物活性分子（藥物、抗體、蛋白質(zhì)等）至腫瘤部位，在腫瘤病灶部位定位、定時(shí)和靶向釋放，實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向治療［7］；低頻交變磁場(chǎng)下將納米藥物主動(dòng)滲透至病灶部位，實(shí)現(xiàn)瘤內(nèi)均一分布［8］；中頻交變磁場(chǎng)作用下磁滯損耗產(chǎn)生磁熱和增強(qiáng)的活性氧［9-11］，用于腫瘤治療。此外，磁性納米材料具有尺寸依賴(lài)的磁學(xué)性質(zhì)以及表面多功能化等特點(diǎn)，可將磁靶向、分子靶向以及磁熱療聯(lián)合，使其在腫瘤治療方面獲得了廣泛應(yīng)用［12-13］。

目前磁性納米材料主要以靜脈注射和瘤內(nèi)注射給藥，瘤內(nèi)注射已有效地應(yīng)用于實(shí)體瘤，但在治療原發(fā)性腫瘤或轉(zhuǎn)移瘤方面仍具有一定的局限性，如多點(diǎn)注射易產(chǎn)生副損傷，可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞進(jìn)一步擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)［14-15］。此外，瘤內(nèi)注射顆粒很難完全覆蓋腫瘤部位，很難保證瘤內(nèi)均一分布，治療后可能導(dǎo)致復(fù)發(fā)等癥狀［16-17］。靜脈給藥是臨床上常用的一種方式，但靜脈給藥時(shí)納米顆粒需在體內(nèi)克服一系列生物學(xué)屏障，并經(jīng)歷復(fù)雜的多步級(jí)聯(lián)過(guò)程，包括注射進(jìn)入血液循環(huán)、蓄積到腫瘤部位、滲透到腫瘤組織內(nèi)部、細(xì)胞內(nèi)吞、胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物釋放。任意一步效率低下，都會(huì)降低整體遞送效果，據(jù)報(bào)道可到達(dá)靶點(diǎn)的納米藥物不足注射劑量的0.7%［18-20］。此外，通過(guò)靜脈注射系統(tǒng)給藥可能導(dǎo)致藥物在健康的重要器官內(nèi)積累，造成毒性作用［21］。為了解決納米藥物腫瘤靶向率低和全身毒性的問(wèn)題，許多納米載藥遞送系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，以增強(qiáng)藥物在腫瘤部位的富集，并有針對(duì)性地靶向腫瘤，以避免或限制脫靶積累和劑量限制性毒性。因此優(yōu)化設(shè)計(jì)基于磁性納米材料的安全、高效納米給藥系統(tǒng)具有重要意義。如設(shè)計(jì)磁場(chǎng)可控遞送/釋放的磁納米給藥系統(tǒng)［22］；通過(guò)調(diào)控磁性納米材料的粒徑［23］以及界面效應(yīng)（聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）［24］、脂質(zhì)體包覆藥物［25］、細(xì)胞膜包覆藥物［26］）增強(qiáng)其被動(dòng)靶向效率；利用磁性納米材料表面易功能化的特點(diǎn)偶聯(lián)抗體、多肽等，主動(dòng)分子靶向到達(dá)腫瘤部位，提高主動(dòng)靶向效率［27-28］。本文圍繞提高靶向腫瘤治療效果，從磁靶向藥物治療、被動(dòng)靶向磁熱療和主動(dòng)分子靶向磁熱療等幾方面出發(fā)，綜述了基于磁性納米材料的腫瘤靶向治療研究進(jìn)展。

1 磁靶向藥物治療

常用的化療藥物包括有機(jī)藥物（阿霉素等）、無(wú)機(jī)藥物（鉑、釕等）、生物藥物（多肽和蛋白質(zhì)、基因藥物等）［29-31］，磁性納米材料具有獨(dú)特的磁學(xué)性質(zhì)，產(chǎn)生力和熱，常被作為載體負(fù)載藥物或與藥物一起被包覆構(gòu)建磁性納米藥物載體［32-34］。目前用于腫瘤治療的磁性納米載體主要包括核-殼結(jié)構(gòu)納米顆粒（由二氧化硅或聚合物膠束等包裹磁核和藥物制成）［32］、磁性脂質(zhì)體［33］、磁性納米粒（粒徑、形貌、表面電荷、表面偶聯(lián)藥物或靶向分子等決定運(yùn)輸方式）［34］。磁性納米載體的特點(diǎn)是可提高藥物的靶向性和可控釋放、改變藥物的給藥途徑、增加藥物的吸收以及提高藥物的生物利用度、增加生物膜的通透性、提高藥物的穩(wěn)定性以及降低藥物的毒副作用等［35］。

目前，磁介導(dǎo)的靶向藥物遞送研究逐年增長(zhǎng)，外源磁場(chǎng)引導(dǎo)磁性納米顆粒靶向到目標(biāo)組織，抗癌藥物在外部磁場(chǎng)作用下，可以有效避免其在血循環(huán)中的非特異性分布，從而實(shí)現(xiàn)藥物在靶器官的富集，減少對(duì)正常組織的損害［36-37］。Chertok等［38］利用靜磁場(chǎng)引導(dǎo)氧化鐵納米藥物在鼠原位9L-惡性膠質(zhì)瘤上聚積的程度以及靈敏性。將氧化鐵納米藥物（12 mg Fe/kg）靜脈注射入小鼠體內(nèi)，在腫瘤表面放0.4 T 的磁鐵30 min，結(jié)果表明相比于對(duì)照組（無(wú)磁鐵），有磁鐵引導(dǎo)組氧化鐵納米藥物腫瘤富集量增加了5倍（P=0.005），氧化鐵納米藥物聚積在腦質(zhì)瘤的靶向選擇性指數(shù)超過(guò)正常腦部位的3.6 倍（P=0.025）。表明在外加磁場(chǎng)下，氧化鐵納米藥物響應(yīng)外磁場(chǎng)產(chǎn)生磁力引導(dǎo)其可以有效地聚積在惡性腫瘤部位。Wu 等［39］開(kāi)發(fā)了一種新型的殼聚糖超順磁氧化鐵納米載體（PECs），負(fù)載吲哚菁綠（indocyanine green，ⅠCG）熒光染料和伊立替康藥物（irinotecan，ⅠRT），通過(guò)外加磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)熒光實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁靶向遞送藥物至病灶的效率。結(jié)果表明，在外加磁場(chǎng)的作用下，藥物有效地富集在腫瘤部位。

如何通過(guò)基于磁性納米載體的藥物遞送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可控的藥物釋放，包括釋放部位、釋放速度以及劑量等，是一大挑戰(zhàn)。原則上，基于磁性納米載體的藥物遞送包括以下步驟：a.將治療藥物與磁性納米材料（magnetic nanoparticle，MNPs）耦合或形成聚合物；b.施加外靜磁場(chǎng)，MNPs在該場(chǎng)的引導(dǎo)下富集至腫瘤位置；c.磁性納米材料載藥復(fù)合物入胞，受外源、內(nèi)源刺激從溶酶體逃逸，可控釋放藥物入核發(fā)揮作用，其中外源/內(nèi)源性刺激可細(xì)分為物理（如滲透壓、蒸氣壓、光、磁場(chǎng)/電場(chǎng)、溫度等）、化學(xué)（pH值、離子強(qiáng)度等）和生物學(xué)（酶和內(nèi)源性受體）刺激。為此，Yang等［40］利用簡(jiǎn)單的化學(xué)沉淀法制備了氧化石墨烯-四氧化三鐵（GO-Fe3O4）納米材料，隨后將藥物鹽酸阿霉素（doxorubicin，DOX）以1.08 mg/mg 的高負(fù)載量裝載在GO-Fe3O4復(fù)合物上形成GO-Fe3O4-DOX 復(fù)合物，該復(fù)合物可在酸性條件下發(fā)生聚集，在堿性條件下能再次分散形成穩(wěn)定的懸乳液。在外加磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，可朝某個(gè)方向有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)?；谠撎匦裕珿O-Fe3O4復(fù)合物載藥后可實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送和可控釋放。Cheng 等［37］報(bào)道了一種新型多孔（孔徑2～4 nm）中空的Fe3O4納米載體（PHNPs），該結(jié)構(gòu)有利于順鉑擴(kuò)散至中空的空腔中，在中性和堿性條件下，順鉑很難擴(kuò)散出空穴，在酸性條件下（低pH 的核內(nèi)體或溶酶體內(nèi)），孔隙變寬導(dǎo)致順鉑快速釋放。偶聯(lián)赫賽汀，該納米藥物可靶向人源乳腺癌SK-BR-3細(xì)胞表面過(guò)度表達(dá)的表皮生產(chǎn)因子受體2（HER2），有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。Liu 等［41］提出了一種利用雙抗體修飾的磁性納米顆粒（GMNPs）捕獲和局部遞送循環(huán)外泌體用于治療梗死的心臟組織的方法?！稗D(zhuǎn)運(yùn)囊泡”體系由可響應(yīng)磁場(chǎng)的Fe3O4核、二氧化硅殼以及雙抗體（可分別偶聯(lián)細(xì)胞外囊泡表面的CD63和受損心肌細(xì)胞上的肌球蛋白輕鏈（MLC））組成。其中Anti-CD63抗體捕獲內(nèi)源性循環(huán)外泌體，通過(guò)局部磁場(chǎng)和Anti-MLC 雙靶向受損傷的心肌細(xì)胞，在受損心臟組織的酸性pH 下，腙鍵的裂解使被捕獲的外泌體局部釋放。體內(nèi)大鼠心肌梗塞模型顯示，磁引導(dǎo)下以及分子靶向?qū)е峦饷隗w在梗死組織中的局部積累，從而治療心肌梗塞和改善心臟功能。

磁性納米材料在交變磁場(chǎng)下（alternating magnetic field，AMF）吸收電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，可遠(yuǎn)程控制定點(diǎn)釋放藥物。如Loynachan 等［12］將磁性納米顆粒選擇性地附著在目標(biāo)蛋白上，通過(guò)透射電鏡證實(shí)低濃度磁性納米顆?？商禺愋晕皆讦碌矸蹣拥鞍祝╝myloid beta protein，Aβ）聚集體上，形成致密的斑塊，用于體外模擬阿爾茨海默病的特征。利用磁性納米顆粒介導(dǎo)的磁熱破壞Aβ聚集物，降低Aβ 對(duì)原代海馬神經(jīng)元細(xì)胞的毒性。近期，F(xiàn)ang 等［13］構(gòu)建了一種由細(xì)胞穿膜肽（TAT）修飾的磁性脂質(zhì)體藥物載體（TAT-BLZmlip）（圖1a），在脂質(zhì)體上裝載了BLZ945 （CSF1/CSF1R 抑制劑），TAT 可增強(qiáng)該納米藥物在腫瘤富集以及細(xì)胞攝?。▓D1b），施加交變磁場(chǎng)，磁性納米顆粒介導(dǎo)的磁熱，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫原性細(xì)胞死亡，同時(shí)促進(jìn)CSF1/CSF1R 抑制劑快速釋放（圖1c）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)多次治療，小鼠原發(fā)性結(jié)腸癌的生長(zhǎng)被抑制，并能激活長(zhǎng)期免疫記憶阻止腫瘤再次復(fù)發(fā)（圖1d）。Alphandéry 研究團(tuán)隊(duì)［22］按同樣的思路利用具有優(yōu)異磁熱效應(yīng)的磁小體調(diào)控內(nèi)毒素釋放，用于小鼠腦膠質(zhì)瘤的治療，交變磁場(chǎng)作用12～15次腫瘤完全消退，具有很好的抗腫瘤效果。

Fig.1 The application of TAT-BLZmlip in tumor therapy［13］圖1 TAT-BLZmlip在抗腫瘤治療中的應(yīng)用［13］

使用磁性納米顆粒作為藥物載體必須考慮其載藥前后磁學(xué)性能變化情況、載藥量、藥物釋放情況、溶液分散穩(wěn)定性以及生物相容性。Jain 等［42］發(fā)展了一種水相油酸-普朗尼克包裹的磁性氧化鐵納米顆粒構(gòu)型，用來(lái)負(fù)載不溶于水的抗癌藥物。結(jié)果表明，這種構(gòu)型的納米載體不僅可以提高藥物負(fù)載量，而且負(fù)載藥物后保持原有優(yōu)異的磁學(xué)性能。

磁性納米載體負(fù)載藥物，可響應(yīng)外部磁場(chǎng)，通過(guò)調(diào)控外磁場(chǎng)來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)軌跡，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控藥物釋放。然而，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度雖距離而衰減，前期基于磁性納米載體響應(yīng)外磁場(chǎng)靶向藥物遞送的方法對(duì)于靠近體表的病灶更可行。近期，He 研究團(tuán)隊(duì)［43］設(shè)計(jì)了一種微納米機(jī)器人（Neutrobot），利用大腸桿菌膜包覆氧化鐵磁珠和抗癌藥物紫杉醇（paclitaxel，PTX），易被小鼠嗜中性粒細(xì)胞吞噬。微型機(jī)器人的寬度大約為頭發(fā)絲的1/100，可在小鼠尾部血液和大腦之間自由游動(dòng)。利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程導(dǎo)航將嗜中性粒細(xì)胞引導(dǎo)到腦部區(qū)域，用來(lái)治療神經(jīng)性腦膠質(zhì)瘤，同時(shí)也為治療腦血栓、中風(fēng)和癲癇等腦部疾病提供一種主動(dòng)輸送藥物的策略。

2 腫瘤靶向磁熱療

瘤內(nèi)磁熱劑濃度不足難以達(dá)到理想的加熱效果是目前磁熱療應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)，磁性納米粒子的給藥途徑影響腫瘤內(nèi)粒子濃度和治療效果。目前磁性納米粒子的給藥方式主要是靜脈注射和瘤內(nèi)注射，其注射方式主要依賴(lài)于腫瘤的類(lèi)型，瘤內(nèi)注射已被有效地應(yīng)用在對(duì)頭頸癌［44］、小鼠肺癌［45］以及纖維肉瘤［46］等實(shí)體腫瘤模型的治療，然而這種注射方式不太適合于深部腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤。此外，瘤內(nèi)注射均勻性差，顆粒很難完全覆蓋腫瘤部位，治療后可能導(dǎo)致復(fù)發(fā)等癥狀。因此，靜脈注射是另一種可選擇的途徑。然而，到目前為止，通過(guò)靜脈注射的方式，磁性納米顆粒在腫瘤部位的富集濃度很低，難以達(dá)到磁熱療需求的溫度。因此，提高磁性納米顆粒的磁熱性能和增加腫瘤靶向性富集是提高腫瘤磁熱療療效的有效途徑。

2.1 被動(dòng)靶向磁熱療

藥物到達(dá)靶向部位主要面臨的運(yùn)輸障礙有腎臟快速過(guò)濾、通過(guò)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（reticuloendothelial system，RES）清除、穿過(guò)質(zhì)膜、逃避溶酶體的惡劣酸性環(huán)境、核膜、多重耐藥性等。Matsumura等［47］在1986年提出，在通過(guò)生物防御系統(tǒng)和血管屏障時(shí)，血液中循環(huán)的極少部分納米顆粒由于腫瘤組織血管的不完整性以及受限制的淋巴引流，滲漏、聚集并保留在血管化的腫瘤組織中。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為增強(qiáng)的滲透和保留（enhanced permeability and retention effect，EPR）效應(yīng)。大量的研究揭示了可調(diào)控磁性納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)，如粒徑、形貌、表面修飾等，增加納米顆粒的被動(dòng)靶向能力。例如，流體學(xué)尺寸在很大程度上決定了磁性納米顆?？朔锲琳稀⑻右軷ES 以及避免被肝、腎和脾等器官清除的能力。通過(guò)調(diào)控磁性納米顆粒的粒徑，延長(zhǎng)其血液半衰期，增加在腫瘤部位的富集［48-49］。一般來(lái)說(shuō)，大于100 nm的顆粒容易被肝、脾吸收或被骨髓破壞［50］。流體力學(xué)尺寸大于10 nm小于40 nm的顆粒相對(duì)于較大尺寸的顆粒更容易逃逸RES 的攝取，并且不易被快速腎清除，表現(xiàn)出較長(zhǎng)的血循環(huán)時(shí)間，從而在腫瘤內(nèi)蓄積滯留［51-52］。多項(xiàng)研究也表明，流體學(xué)尺寸為50 nm的納米顆粒具有最佳的細(xì)胞攝取能力，而流體學(xué)尺寸大于60 nm的納米顆粒被腫瘤細(xì)胞內(nèi)化的能力較差［53］。

目前大量文獻(xiàn)證明，納米顆粒進(jìn)入體內(nèi)因?yàn)榘l(fā)生團(tuán)聚，極易被認(rèn)為異物而被機(jī)體清除［54-55］。為了提高被動(dòng)靶向效率，利用生物相容性聚合物對(duì)納米顆粒進(jìn)行表面改性，不僅提高了膠體穩(wěn)定性，增加藥物的溶解度，而且可有效減少蛋白質(zhì)對(duì)顆粒的非特異性吸附，減少免疫原性，從而躲避RES 的清除以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)。Gu 課題組［56］通過(guò)疏水相互作用，在Mn-Zn 摻雜的鐵氧體磁納米顆粒（MNCs）表面包覆PEG 化磷脂分子，制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的MNCs@PEG納米晶，該磁納米晶具有良好的生物相容性，能有效逃逸RES 的攝取，具有長(zhǎng)的在體循環(huán)時(shí)間，通過(guò)EPR 效應(yīng)被動(dòng)靶向至腫瘤部位富集。施加交變磁場(chǎng)（12 kA/m，390 kHz），熱轉(zhuǎn)化效率（specific absorption ratio，SAR）為324 W/g，可用于靶向腫瘤磁感應(yīng)熱療，有效誘導(dǎo)小鼠乳腺癌腫瘤細(xì)胞凋亡。值得一提的是，基于腫瘤組織EPR效應(yīng)的被動(dòng)靶向，僅適用于體積超過(guò)100 mm3的腫瘤中，在微小或非血管化轉(zhuǎn)移瘤中并不適用。

2.2 主動(dòng)分子靶向磁熱療

與被動(dòng)靶向相反，在磁性納米顆粒表面進(jìn)一步修飾對(duì)腫瘤具有親和力的靶向分子，如葉酸、單克隆抗體、乳鐵蛋白、RGD 多肽等［57-59］，可與腫瘤細(xì)胞或血管過(guò)量表達(dá)的受體特異性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向熱療。如Gao 研究團(tuán)隊(duì)［60］將乳鐵蛋白偶聯(lián)在磁性納米顆粒表面，可與腦內(nèi)皮細(xì)胞上過(guò)量表達(dá)的乳鐵蛋白受體特異性結(jié)合，該受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞作用能夠有效促進(jìn)磁性納米顆粒穿透血腦屏障。為了進(jìn)一步提高磁性納米顆粒在腫瘤部位的累積，Gu課題組［61］在磁性納米顆粒表面進(jìn)一步偶聯(lián)αvβ3整合素配體RGD 多肽（MNCs@RGD），以促進(jìn)其在腫瘤新生血管中的富集，相比于單獨(dú)通過(guò)被動(dòng)靶向的MNCs，MNCs@RGD 將被動(dòng)靶向和主動(dòng)靶向偶聯(lián)，提高了顆粒在腫瘤組織的濃度和滯留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高性能磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRⅠ），并有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞調(diào)亡以及抑制腫瘤新生血管生成。為了進(jìn)一步增強(qiáng)抗腫瘤效果，將抗腫瘤藥物PTX 包封在MNCs@RGD 表面的磷脂疏水層內(nèi)，主動(dòng)靶向至腫瘤組織，磁感應(yīng)熱可促進(jìn)PTX 釋放，發(fā)揮熱療和化療的協(xié)同作用。以往研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射的超順磁納米顆粒經(jīng)血液循環(huán)后將大部分集中分布在肝臟，Shi 課題組［62］提出，利用溫和磁熱療進(jìn)行肝癌治療的策略，在高磁熱性能的核殼結(jié)構(gòu)Zn-CoFe2O4@Zn-MnFe2O4（ZCMF）表面修飾抗血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） 抗 體，可 與HepG2肝癌細(xì)胞上高表達(dá)的VEGF特異性結(jié)合（圖2a），有效增加腫瘤細(xì)胞對(duì)其的攝取率。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)動(dòng)物抗腫瘤實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫和磁感應(yīng)熱療下（圖2b），NK 細(xì)胞的表達(dá)量明顯上調(diào)，輕度磁熱幾乎可完全抑制HepG2 肝癌細(xì)胞增殖以及異種/原位腫瘤生長(zhǎng)（圖2c）。

Fig.2 The application of ZCMF-aVEGF in tumor therapy［62］圖2 ZCMF-aVEGF在抗腫瘤治療中的應(yīng)用［62］

鑒于葉酸（folic acid，F(xiàn)A）受體在40%人腫瘤細(xì)胞表面可過(guò)度表達(dá)，通過(guò)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用可使納米粒子入胞。Sonvico 等［63］在γ-Fe2O3表面修飾葉酸分子，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，γ-Fe2O3-葉酸偶聯(lián)物具有良好的腫瘤靶向性。同樣地，Zhang 等［64］用PEG-FA 與磁性納米顆粒偶聯(lián)形成磁納米復(fù)合物（PEG-FA-MNCs），細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，相比于PEG 和葉酸單獨(dú)修飾的顆粒，BT-20 乳腺癌細(xì)胞對(duì)PEGFA-MNCs具有更強(qiáng)的攝取能力。Guo等［65］將甲氨蝶呤（methotrexate，MTX，一種葉酸受體過(guò)表達(dá)癌細(xì)胞的表面配體）修飾在熱敏性磁脂質(zhì)體表面形成MTX-MagTSLs 納米復(fù)合物，親脂熒光染料Cy5.5 和磁性納米顆粒被包埋在脂質(zhì)體的雙分子層中，DOX被包埋在親水腔中。其中，MTX和磁性納米顆粒用于實(shí)現(xiàn)主動(dòng)分子靶向和磁靶向。在交變磁場(chǎng)作用下（500 kHz，20 kA/m），磁性納米顆粒介導(dǎo)的磁熱可誘導(dǎo)DOX 釋放，而不因過(guò)熱而損害正常細(xì)胞。體內(nèi)熒光/磁共振雙模式成像顯示，MTX-MagTSLs可在腫瘤區(qū)域有效富集，抑制小鼠HeLa腫瘤生長(zhǎng)。

磁熱療具有高選擇性、可遠(yuǎn)程調(diào)控、無(wú)組織穿透深度限制、安全等優(yōu)勢(shì)而被用于臨床癌癥治療，近年來(lái)越來(lái)越多的熱療研究涉及線(xiàn)粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞核等亞細(xì)胞器靶向［66-67］。線(xiàn)粒體作為一種重要的亞細(xì)胞器，為細(xì)胞功能提供能量來(lái)源且線(xiàn)粒體對(duì)熱和活性氧具有獨(dú)特的敏感性，可作為磁熱療治療癌癥的合適靶點(diǎn)。Shen等［68］構(gòu)建了一種可靶向線(xiàn)粒體的Ⅰr@MnFe2O4納米磁熱療劑，其中，銥復(fù)合物在MnFe2O4表面充當(dāng)線(xiàn)粒體靶向作用。在交變磁場(chǎng)的作用下，磁熱效應(yīng)導(dǎo)致局部溫度升高從而損傷線(xiàn)粒體。同時(shí)，HeLa 細(xì)胞中高表達(dá)的谷胱甘肽（glutathione，GSH） 可將納米復(fù)合物表面的Fe（ⅠⅠⅠ）還原為Fe（ⅠⅠ），催化H2O2產(chǎn)生羥基自由基殺傷腫瘤。值得注意的是，局部磁熱可有效增加Fenton 反應(yīng)效率，而GSH 的損耗可增加磁納熱的敏感性。磁感應(yīng)熱療聯(lián)合化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法協(xié)同作用可有效抑制腫瘤生長(zhǎng)。

3 磁性納米材料用于靶向細(xì)胞分離

磁性納米材料在磁靶向分離，細(xì)胞分選等方面也具有廣泛的應(yīng)用。肝癌是臨床上常見(jiàn)的惡性腫瘤，具有較高的發(fā)病率和病死率，循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cells，CTCs）是評(píng)估肝癌轉(zhuǎn)移的生物標(biāo)記物， CTCs 的檢測(cè)對(duì)肝癌細(xì)胞（hepatocellular carcinoma，HCC）的早期診斷、預(yù)后評(píng)估、指導(dǎo)個(gè)性化治療具有重要指導(dǎo)作用。然而HCC-CTCs 在血液中含量極低且缺乏特異性識(shí)別物，因此在患者血液中有效分離和檢測(cè)HCC-CTCs面臨巨大的挑戰(zhàn)。目前HCC-CTCs的檢測(cè)方法是將上皮細(xì)胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule， EpCAM）涂抹在納米磁珠表面來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)HCC-CTCs的富集與檢測(cè)。然而這種檢測(cè)系統(tǒng)存在EpCAM 在HCC 中低表達(dá)導(dǎo)致漏檢、誤檢、背景干擾等問(wèn)題，且不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀察捕獲HCCCTCs。鑒于此，Xia 等［69］構(gòu)建了一種雙靶向的磁性納米平臺(tái)，通過(guò)一鍋法將Fe3O4與EpCAM 蛋白、肝癌細(xì)胞中高表達(dá)的APN 蛋白以及具有高親和力的熒光探針（MLP）組裝成納米磁珠（MB-MLPEpCAM）。細(xì)胞靶向特異性測(cè)試結(jié)果表明MBMLP-EpCAM可以特異性識(shí)別肝癌細(xì)胞，有效富集血液中游離的HCC-CTCs。該分子的磁性、熒光和生物識(shí)別三種功能被組裝在一個(gè)納米珠上，且每種功能被協(xié)同放大，很大程度地提高了HCC-CTCs的捕獲效率和檢測(cè)純度，有效避免了單一靶標(biāo)帶來(lái)的假陽(yáng)性信號(hào)的干擾。Chu 等［70］構(gòu)建了一種磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（glypican-3，GPC3）靶向熒光免疫磁性納米載體（C6/MMSN-GPC3），可實(shí)現(xiàn)肝癌患者血液中CTC的特異性高效分離和實(shí)時(shí)觀察。

4 磁性納米材料的納米酶特性用于腫瘤治療

納米酶（nanozyme）是一類(lèi)既具有納米材料本身獨(dú)特性能，又兼具催化功能的模擬酶。相較于天然酶，具有成本低、穩(wěn)定性高以及催化活性可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)［71］。2007年，F(xiàn)e3O4納米顆粒被首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道具有類(lèi)過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）特性，結(jié)合其本身獨(dú)特的磁學(xué)性質(zhì)，使其在免疫分析、生物成像、腫瘤治療等生物領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力［72-73］。

值得一提的是，Yan 課題組［74］將四氧化三鐵納米顆粒與鐵蛋白（可特異性識(shí)別腫瘤細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1）結(jié)合構(gòu)建了一種磁鐵蛋白納米復(fù)合物，兼具靶向和催化功能，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的定位和顯色。雖然納米酶具有很多優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于天然酶，其催化活性仍較低。為了提高四氧化三鐵的催化活性，早期研究者們通過(guò)調(diào)制尺寸、形貌以及表面修飾等對(duì)其活性進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)縮小納米顆粒尺寸來(lái)增加比表面積可顯著提高催化活性［75］，納米片＞納米多面體＞納米棒＞納米立方體的催化活性，是由晶面暴露程度決定的［76］。這些研究主要是針對(duì)磁性納米材料固有性質(zhì)對(duì)其催化位點(diǎn)和結(jié)合力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2020年，F(xiàn)an 課題組［77］發(fā)現(xiàn)，在交變磁場(chǎng)作用下，氧化鐵納米酶在體系宏觀溫度不變的條件下仍能顯著增強(qiáng)活性氧的產(chǎn)生，證明磁場(chǎng)下可產(chǎn)生放大的ROS 水平，提出了一種磁熱動(dòng)力學(xué)療法（magnetothermodynamic therapy，MTD）。后將外交變磁場(chǎng)作為一種外源性刺激調(diào)控納米酶活性，構(gòu)建一系列具有不同磁熱轉(zhuǎn)換能力的氧化鐵納米酶，采用原位光譜-磁熱測(cè)量系統(tǒng)研究了磁刺激對(duì)氧化鐵過(guò)氧化物酶活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，顆粒尺寸越小催化活性越高；外加交變磁場(chǎng)時(shí)，顆粒的磁熱轉(zhuǎn)換效率越高，酶活性提高的幅度越大［78］。近期，F(xiàn)an 課題組［79］將葡萄糖氧化酶（GOx）錨定在不同分子量聚乙二醇（PEG）修飾的渦旋磁氧化鐵納米環(huán)（Fe3O4NR）上，構(gòu)建了4種距離的Fe3O4NR@GOx。在該體系中，不同分子質(zhì)量的PEG 提供空間間距，F(xiàn)e3O4NR 既作為類(lèi)過(guò)氧化物酶將GOx 產(chǎn)生的H2O2轉(zhuǎn)化為·OH，同時(shí)交變磁場(chǎng)下產(chǎn)熱的特性使其又作為熱源，通過(guò)改變局域溫度對(duì)級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控。系統(tǒng)地研究了磁場(chǎng)作用下級(jí)聯(lián)磁熱速率隨Fe3O4NR 表面距離變化的規(guī)律，體內(nèi)動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果表明，交變磁場(chǎng)作用下，F(xiàn)e3O4NR（D2）@GOx可有效抑制小鼠4T1乳腺癌腫瘤生長(zhǎng)。同樣地，Chen課題組［80］通過(guò)在空心氧化鐵顆粒（HⅠONCs） 上負(fù)載葡萄糖氧化酶（GOD） 組成了多功能磁性納米催化系統(tǒng)（HⅠONCs-GOD），該體系可實(shí)現(xiàn)饑餓-化學(xué)動(dòng)力學(xué)-磁熱療的協(xié)同治療，有效抑制PC3 荷瘤小鼠腫瘤生長(zhǎng)。

特別注意的是，特定的環(huán)境也會(huì)對(duì)類(lèi)酶活性產(chǎn)生影響。Gu 課題組［81］發(fā)現(xiàn)MNPs 在酸性條件下（pH=4.8）表現(xiàn)出更高的POD活性，在酸性條件下（pH=4.8）表現(xiàn)出更高的POD活性，而在中性條件下（pH=7.4）表現(xiàn)出更高的過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）活性，表明MNPs 具有pH 依賴(lài)的雙酶模擬特性。 隨后， MNPs 的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD） 活性也被相繼發(fā)現(xiàn)［82］。由于MNPs 具有多酶活性，使得它們不僅可以通過(guò)POD 活性選擇性地產(chǎn)生ROS 用于抗腫瘤治療［77，80］，還可以通過(guò)CAT/SOD活性引起的活性氧清除能力來(lái)預(yù)防炎癥和衰老相關(guān)疾?。?3］。

5 基于磁性納米材料的診療一體化應(yīng)用

診療一體化納米平臺(tái)依賴(lài)先進(jìn)的診斷技術(shù)輔助疾病治療，對(duì)腫瘤進(jìn)行早期精準(zhǔn)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及預(yù)后評(píng)價(jià)等，給出個(gè)體化治療方案，從而顯著提高腫瘤治療水平。診療一體化的核心在于開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)安全、有效的集影像和治療功能于一體的納米診療劑。MNPs具有良好的磁共振成像性能，且在交變磁場(chǎng)下因磁滯損耗產(chǎn)生熱和增強(qiáng)的活性氧，可作為一種具有低毒性和高載藥量的納米藥物，用于腫瘤情況的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)成像指導(dǎo)下的腫瘤高效治療［84］。同時(shí)，MNPs 具有表面易功能化的特點(diǎn)，可將多種成像技術(shù)集合，各種成像手段之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提供更精準(zhǔn)的疾病診斷信息，還可與化療、基因治療、免疫治療等聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)成像介導(dǎo)的聯(lián)合治療用于診療一體化［85］。

目前，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，基于MNPs的新型診療一體化納米制劑的構(gòu)建制備已得到了迅速發(fā)展。Dravid 研究團(tuán)隊(duì)［86］制備了一種仿生高密度脂蛋白磁性納米復(fù)合物（HDL-MNSs），可結(jié)合具有高親和力的HDL 受體和清除劑受體B1（SR-B1），具有很好的細(xì)胞特異性靶向效果，進(jìn)而有效地消耗腫瘤細(xì)胞的膽固醇。而MNS 內(nèi)核可在外部射頻場(chǎng)下產(chǎn)生熱量，誘導(dǎo)熱休克蛋白的表達(dá)從而激活抗原呈遞細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性的抗腫瘤免疫反應(yīng)，同時(shí)也具有良好的MRⅠ成像性能，可作為優(yōu)異的淋巴瘤診療平臺(tái)。Huang 課題組［87］通過(guò)原位仿生礦化的方法，把Ca2+、Mn2+引入葡萄糖氧化酶（GOx）中，并且包載了鹽酸阿霉素（DOX），形成了GOx-MnCaP-DOX 納米復(fù)合物。腫瘤酸性微環(huán)境下，Mn2+和DOX 可被釋放出來(lái)。Mn2+催化H2O2生成·OH，GOx 可催化葡萄糖形成H2O2，在消耗葡萄糖的的同時(shí)，協(xié)同增強(qiáng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法。同時(shí)，Mn2+的順磁性具有MRⅠ成像性能，實(shí)現(xiàn)了診療一體化，具有顯著的抗腫瘤效果。Chen課題組［88］構(gòu)建了γFe2O3@Au 核殼型納米花，該復(fù)合物集MRⅠT1/光聲/表面增強(qiáng)拉曼散射多模態(tài)成像以及光熱療功能于一體，可實(shí)現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)定位以及影像介導(dǎo)的腫瘤切除手術(shù)，最后，對(duì)微小腫瘤進(jìn)行了有效的光熱治療。Ma 等［89］構(gòu)建了一種Fe3O4/Pd 磁性Janus納米顆粒，可實(shí)現(xiàn)MRⅠ/光聲雙模態(tài)成像介導(dǎo)的磁光熱協(xié)同治療。體內(nèi)動(dòng)物模型表明，可顯著抑制或消退小鼠4T1乳腺癌腫瘤生長(zhǎng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

磁性納米材料獨(dú)特的磁學(xué)性能使得其在磁靶向遞藥、腫瘤磁熱療、細(xì)胞分離、納米酶催化以及診療一體化等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。磁性納米材料作為藥物載體，可智能介導(dǎo)外磁場(chǎng)。靜磁場(chǎng)下可實(shí)現(xiàn)精確磁驅(qū)動(dòng)，控制納米材料的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)高載藥量和同步靶向藥物釋放。一方面可利用腫瘤微環(huán)境內(nèi)的特征信號(hào)為刺激源構(gòu)建多種內(nèi)源響應(yīng)性遞藥系統(tǒng)，另一方面可利用磁性納米材料自身在外場(chǎng)作用下的磁熱或磁力效應(yīng)為外源刺激，實(shí)現(xiàn)藥物的有效遞送和可控釋放。低頻交變磁場(chǎng)下可將納米藥物主動(dòng)滲透至病灶部位，實(shí)現(xiàn)瘤內(nèi)均一分布。中頻交變磁場(chǎng)作用下磁滯損耗產(chǎn)生熱和增強(qiáng)的活性氧可用于腫瘤治療。同時(shí)基于磁性納米材料易改造和功能化的特點(diǎn)，在充分發(fā)揮磁納米載體的被動(dòng)靶向、增效減毒的基礎(chǔ)上，可通過(guò)改良磁納米載體的粒徑、組分、形貌和理化性質(zhì)，或在表面修飾特異性靶向分子，以實(shí)現(xiàn)組織、細(xì)胞、甚至亞細(xì)胞器的靶向，綜合應(yīng)用影像、靶向遞藥、磁熱效應(yīng)、納米酶催化等，實(shí)現(xiàn)影像介導(dǎo)的精準(zhǔn)腫瘤診療一體化治療。盡管基于磁性納米材料的生物醫(yī)學(xué)研究已取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但絕大多數(shù)研究仍處于動(dòng)物試驗(yàn)階段，實(shí)現(xiàn)其在診療一體中的臨床應(yīng)用仍任重道遠(yuǎn)，需要克服一系列挑戰(zhàn)：a.設(shè)計(jì)更安全、高效的磁性納米載體（如進(jìn)一步增強(qiáng)磁性納米材料的磁響應(yīng)性、實(shí)現(xiàn)高效的磁靶向藥物遞送、優(yōu)化磁性納米材料的載藥性能、避免遞送中藥物的滲透、提高安全性等）；b.明確磁性納米材料介導(dǎo)的外場(chǎng)對(duì)細(xì)胞命運(yùn)和疾病的調(diào)控； c.充分理解磁場(chǎng)與活體之間的相互作用，如磁場(chǎng)對(duì)活體代謝和清除的影響；d.開(kāi)發(fā)安全、可控的磁場(chǎng)發(fā)生設(shè)備、控制系統(tǒng)和分析軟件等。隨著人們對(duì)磁性納米材料生物學(xué)效應(yīng)的深入理解，相信一個(gè)新的學(xué)科“磁生物學(xué)”將不久建立。