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氧化石墨烯載藥系統研究取得系列進展及產品介紹

作為新型二維納米材料石墨烯的重要衍生物，氧化石墨烯（GO）在生物醫學領域的應用研究引起了人們的廣泛興趣，已經成為納米生物醫學，尤其是納米載藥的研究熱點之一。GO作為納米載藥系統的主要優點包括：（1）具有超大的比表面，從而可以實現超高載藥率；（2）具有很強的靶向性，容易在腫瘤部位富集；（3）功能化GO在生理條件下具有良好的生物相容性和穩定性。

　　最近，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張智軍研究員課題組在氧化石墨烯載藥系統構建研究方面取得系列進展。首先該課題組利用聚乙二醇（PEG）修飾GO作為蛋白遞送載體用于細胞功能調控。蛋白藥物生物活性好、毒性低，但易被生物體內存在的蛋白酶所降解，而且不能有效的遞送到細胞內，導致其生物利用度大大降低，從而嚴重影響了蛋白藥物的療效。該課題組研究發現，GO不僅可以高效的負載蛋白，還可以有效的保護其不被酶水解。更重要的是，GO可以遞送不同的功能性蛋白進入細胞，實現其對細胞的生理功能的有效調控（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 6317-6323）。在此基礎上，該課題組與蘇州大學附屬第二醫院蘭青教授團隊合作，將轉鐵蛋白共價修飾在PEG化的GO表面，使藥物遞送體系可以穿過血腦屏障，進而將抗癌藥物阿霉素（DOX）靶向遞送至腦膠質瘤部位（圖1）。體內試驗表明，該遞送系統可以靶向遞送DOX至膠質瘤部位，并有效抑制腫瘤生長，顯著延長荷瘤大鼠存活時間（ACSAppl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 6909-6914）。

圖1. 轉鐵蛋白修飾的氧化石墨烯用于腦膠質瘤靶向藥物遞送示意圖

　　臨床上聯合給藥能夠減少藥物的多藥耐藥性、增強藥物的協同抗腫瘤效果。該課題組曾經開展了氧化石墨烯聯合遞送抗癌藥物DOX和喜樹堿、DOX與腫瘤抗凋亡蛋白Bcl2靶向的siRNA的工作（Small, 2010, 6, 537-544; Small,2011, 7, 460-464）。最近他們發現，通過PEG修飾氧化石墨烯有效負載難溶性的蛋白激酶抑制劑BEZ235，與腫瘤壞死因子TNF-α聯合作用后，對PIK3CA突變細胞系HCT 116能引起其G1期阻滯和腫瘤細胞細胞凋亡。他們還進一步研究了聯合載藥治療腫瘤機制，發現細胞凋亡主要是由于聯合用藥引起JNK磷酸化水平增加，及caspase-8的激活，進而激活caspase-9以及caspase-3（圖2）（Journal of Materials Chemistry B, 2013, DOI:10.1039/C3TB20764A）。

圖2. GO-BEZ235聯合TNF-α引起HCT 116細胞凋亡信號通路示意圖

此外，該課題組與東南大學何農躍教授課題組合作，探討了PEG修飾的還原性氧化石墨烯（RGO）對ssRNA細胞內有效遞送的可能性。實驗發現，相比于GO，RGO具有更強的ssRNA裝載能力，而且體外實驗表明負載ssRNA的RGO更容易被細胞吞噬。進一步計算機理論模擬結果表明，RGO可更有效地結合ssRNA，其對ssRNA的吸附能力約為GO的四倍。該研究結果對于構建基于氧化石墨烯的新型高效納米藥物/核酸遞送體系提供了一種新的思路。該工作最近在國際學術期刊J.Mater. Chem. B發表（J. Mater.Chem. B, 2013, 1, 749-755），并被選為封面文章

闡明GO進入細胞的途徑及機制以及細胞內藥物從GO表面的釋放行為對于研制新型高效氧化石墨烯載藥系統具有重要意義。該課題組與廈門大學固體表面物理化學國家重點實驗室任斌教授課題組合作，采用表面增強拉曼光譜（SERS）研究了GO的細胞內吞機制。研究發現，GO進入細胞是通過籠狀蛋白介導的內吞途徑實現的，并且是一個能量依賴過程（Small,2012, 8, 2577-2584）。在此工作基礎上，最近該研究團隊設計制備了Ag-GO/DOX復合材料，將其做為SERS增強基底，利用細胞內DOX的SERS信號及熒光信號的變化來研究細胞內GO表面的藥物釋放過程。實驗發現負載在GO表面的DOX進入細胞后，隨著GO進入溶酶體中而逐漸從GO表面釋放下來，并進入細胞質中，最終進入細胞核，而GO始終存在于細胞質中。該工作最近在線發表在國際刊物Nanoscale上

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