碳納米管在藥物遞送載體及腫瘤熱療應(yīng)用方面的研究進(jìn)展

碳納米管在藥物遞送載體及腫瘤熱療應(yīng)用方面的研究進(jìn)展

孫志婷董霞冷希崗

300192天津，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所

目前，大多數(shù)抗癌藥物在臨床應(yīng)用中存在著溶解性差、靶向性低、對(duì)正常組織器官毒性大等局限性，而藥物載體的應(yīng)用可在一定程度上緩解這些現(xiàn)象。近年來，一些材料如聚合物、脂質(zhì)類、碳納米管（CNTs）等被用作抗癌藥物的載體，并通過對(duì)載體進(jìn)行靶向修飾，使其在體內(nèi)緩慢釋放以維持一定的血藥濃度，從而提高藥物的靶向性，減少不良反應(yīng)。其中，CNTs作為一種新興的納米材料，在納米醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用備受關(guān)注。CNTs具有納米級(jí)管徑，中空結(jié)構(gòu)和較大的長(zhǎng)徑比使其具有較大的藥物容量，且CNTs可選擇性吸收近紅外光并轉(zhuǎn)化為熱能，因此采用功能化的CNTs攜載藥物并結(jié)合熱療對(duì)腫瘤進(jìn)行靶向治療有望成為一種新的治療手段。就CNTs的基本結(jié)構(gòu)、作為藥物載體的應(yīng)用及其結(jié)合熱療在腫瘤治療方面的研究現(xiàn)狀作一綜述。

碳納米管；藥物載體；化學(xué)藥物治療；熱療

Fund program：National Natural Science Foundation of China(81271693，81601595);National Natural Science Foundation of Tianjing(16JCYBJC27800)

0 引言

近年來全球每年新發(fā)癌癥患者達(dá)一千多萬，作為最致命的疾病之一，現(xiàn)有的癌癥治療手段主要有手術(shù)治療、放射治療（放療）和化學(xué)藥物治療（化療），但這些方法僅對(duì)一部分癌癥患者有效，且容易殺死正常細(xì)胞，造成不良反應(yīng)。許多癌癥患者并非死于癌癥本身，而是癌癥從原發(fā)部位轉(zhuǎn)移至其他部位造成死亡，故癌癥治療的目的之一就是盡可能早地阻止癌癥轉(zhuǎn)移。目前，各種化療方法的主要缺陷是化療藥物對(duì)癌細(xì)胞的靶向性不強(qiáng)，既對(duì)正常細(xì)胞、組織和器官產(chǎn)生不良反應(yīng)，也限制了藥物在治療中的使用劑量；此外在對(duì)晚期腫瘤的化療中，耐藥性也是一個(gè)令人擔(dān)憂的問題。腫瘤納米技術(shù)是一個(gè)新興的領(lǐng)域，是指用納米載體（如脂質(zhì)體、聚合物納米粒子、樹枝狀大分子、量子點(diǎn)、碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）等）將藥物靶向遞送至癌癥部位，該法可克服傳統(tǒng)方法的一些弊端。

CNTs作為一種新興的納米材料，在納米醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用備受關(guān)注。CNTs是由碳原子層卷曲而成的無縫、中空的管體，可看作是由石墨烯片層卷曲而成。按石墨烯片的層數(shù)，CNTs可分為單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes,SWCNTs）和多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs）。SWCNTs由單層碳原子構(gòu)成，而MWCNTs由多個(gè)同心碳原子層組成。SWCNTs典型直徑在0.6～2 nm，MWCNTs最內(nèi)層直徑小至0.4 nm，最外層直徑可達(dá)數(shù)百納米，典型管徑為2～100 nm。自Iijima發(fā)現(xiàn)CNTs以來，CNTs已成為研究熱點(diǎn)，并在生物醫(yī)藥領(lǐng)域進(jìn)行了探索性地應(yīng)用[1]。

CNTs是一種新型的納米醫(yī)學(xué)材料，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和納米級(jí)管徑，中空結(jié)構(gòu)及較大的長(zhǎng)徑比使其具有較大的藥物容量，在藥物遞送和癌癥治療方面有著巨大的潛力，受到納米醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域?qū)＜业那嗖A。另外，CNTs的獨(dú)特結(jié)構(gòu)性質(zhì)使其可選擇性吸收近紅外光（808 nm），并轉(zhuǎn)化為熱量對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行破壞而不損傷正常細(xì)胞，因此，可利用CNTs作為藥物載體結(jié)合熱療對(duì)腫瘤進(jìn)行聯(lián)合治療。本文綜述了CNTs的基本結(jié)構(gòu)、作為藥物載體的應(yīng)用及其結(jié)合熱療在腫瘤治療方面的研究現(xiàn)狀。

1 CNTs的基本結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

CNTs又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管兩端均基本封口）的一維量子材料，具有質(zhì)量輕、六邊形結(jié)構(gòu)連接完美（圖1）、表面積大、納米尺寸級(jí)直徑、剛性表面及電磁波吸收等特性。近年隨著CNTs及納米材料研究的深入，其廣闊的應(yīng)用前景也不斷地展現(xiàn)出來。根據(jù)不同目的，可用不同生物或化學(xué)分子對(duì)CNTs進(jìn)行修飾，使其具有靶向性。

圖1 單壁與多壁碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖

MWCNTs在開始形成時(shí)，層與層間極易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，故其管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與MWCNTs相比，SWCNTs直徑的分布范圍小、缺陷少，具有更高的均勻一致性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同的需要選擇合適的CNTs，如在藥物遞送方面，SWCNTs優(yōu)于MWCNTs，主要是由于SWCNTs的一維結(jié)構(gòu)及巨大的表面積使其在藥物負(fù)載效率上優(yōu)于MWCNTs；而在腫瘤熱療方面，MWCNTs優(yōu)于SWCNTs，主要是由于MWCNTs對(duì)近紅外光的吸收性更好，且其吸收近紅外光后可產(chǎn)生共振的能量，引起組織發(fā)熱，從而損傷癌細(xì)胞。因此，需綜合考慮后做出最適選擇。

2 CNTs的功能化

盡管CNTs的自身特性具有眾多優(yōu)勢(shì)，但其在生物方面的應(yīng)用仍存在很大局限性。CNTs屬于非生物降解材料，不溶于水，制備過程中常會(huì)附帶金屬雜質(zhì)等，這些因素導(dǎo)致CNTs會(huì)具有一定的生物毒性。為了盡可能地減小材料毒性并增強(qiáng)其生物相容性，研究人員利用各種生物分子對(duì)CNTs進(jìn)行修飾[2-3]，該過程稱之為CNTs的功能化。CNTs的功能化目前已逐步發(fā)展成為制備具有某些特定功能的CNTs及其復(fù)合材料的手段，CNTs功能化修飾的方式主要有兩種：共價(jià)修飾和非共價(jià)修飾[4]。

非共價(jià)修飾主要是通過范德華力、π-π吸附或疏水作用等使生物活性分子吸附于CNTs表面[5]，其最大優(yōu)勢(shì)是對(duì)CNTs表面造成的損傷很小，可保持表面原子結(jié)構(gòu)和電特性，缺陷在于非共價(jià)結(jié)合能力弱于共價(jià)結(jié)合；而共價(jià)修飾則是通過改變碳原子的sp2構(gòu)型或破壞管外的電子共軛體系，實(shí)現(xiàn)修飾基團(tuán)與CNTs之間的共價(jià)鍵合，從而創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái)，通過該平臺(tái)來共價(jià)黏附其他生物活性分子[6]。強(qiáng)酸氧化是最常用的共價(jià)功能化的方法，該法可在CNTs表面或兩端形成—COOH功能團(tuán)，用于黏附其他分子，并能提高CNTs的生物相容性。雖然通過共價(jià)修飾法可獲得穩(wěn)定的功能化CNTs，但在反應(yīng)過程中，CNTs易受到損傷，從而會(huì)導(dǎo)致其本身一些特性的改變。CNTs修飾的位置一般位于表面和端部，且表面比端部更穩(wěn)定，因此CNTs的端部更易結(jié)合功能基團(tuán)[5，7]。

3 CNTs作為載體的抗腫瘤研究

化療是目前治療腫瘤及某些自身免疫性疾病的主要手段之一，但在治療過程中，化療藥物在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，也將正常細(xì)胞和免疫細(xì)胞一同殺滅，甚至導(dǎo)致胃腸功能紊亂及骨髓抑制等多種不良反應(yīng)，大大降低了患者的生存質(zhì)量。因此，在癌癥的臨床治療中，急需一種載體或技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送。

CNTs在納米級(jí)藥物遞送中展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景[8-9]，主要是因?yàn)镃NTs的形狀使其可通過多種途徑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，如被動(dòng)擴(kuò)散穿過脂質(zhì)雙層或黏附于細(xì)胞表面通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，從而傳遞藥物至癌細(xì)胞。過去主要是將CNTs進(jìn)行修飾，再負(fù)載藥物實(shí)現(xiàn)靶向遞送。CNTs負(fù)載藥物的方式主要有共價(jià)或非共價(jià)吸附的方式黏附于CNTs的外表面及填充于CNTs的中空管體。研究涉及到的藥物有紫杉醇（paclitaxel，PTX）、阿霉素（doxorubicin，DOX）、10-羥基喜樹堿（10-hydroxycamptothecin，HCPT）、甲胺喋呤（methotrexate，MTX）及鉑類抗癌藥等。

基于CNTs的理化性質(zhì)，通過對(duì)其進(jìn)行功能化修飾可使其具有良好的生物相容性、低細(xì)胞毒性及較好的靶向性，從而具有較長(zhǎng)的血液循環(huán)時(shí)間；同時(shí)有研究結(jié)果證明，功能化的CNTs可通過代謝完全清除，CNTs有望作為一種理想的抗癌藥物納米載體[10]。近年來，研究者們進(jìn)行了大量的有關(guān)CNTs作為載體治療腫瘤的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究。

3.1 共價(jià)黏附藥物于CNTs

Bhirde等[11]將SWCNTs置于酸中氧化，使其末端和側(cè)壁形成羧基功能基團(tuán)，并利用氧化的SWCNTs與抗癌藥物順鉑和表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor，EGF）形成復(fù)合物，再以量子點(diǎn)（quantum dot，Qdot）標(biāo)記制得SWCNTs-Qdot-EGF。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）細(xì)胞對(duì)SWCNTs-Qdot-EGF具有很高的攝入率，而對(duì)照組SWCNTs-Qdot的攝入量非常有限，且用小干擾RNA（siRNA）阻斷EGF受體后，攝入即被阻止；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SWCNTs-Qdot-EGF注射入小鼠體內(nèi)后，可選擇性地被HNSCC細(xì)胞攝入，而對(duì)照組SWCNTs-Qdot在20 min內(nèi)即在腫瘤組織中被清除，且體內(nèi)注射SWCNTs-順鉑-EGF的動(dòng)物，其腫瘤生長(zhǎng)被顯著抑制。該研究結(jié)果表明，利用EGF與EGF受體的相互作用，SWCNTs負(fù)載藥物可選擇性地進(jìn)入和殺傷腫瘤細(xì)胞。Liu等[12]將PTX以共價(jià)結(jié)合的方式黏附于SWCNTs表面從而將藥物傳遞至癌細(xì)胞。制備過程為先將PTX與琥珀酐反應(yīng)，在PTX表面形成羧基，然后將SWCNTs表面通過非共價(jià)的方式修飾聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）-NH2，再以1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺作為交聯(lián)劑，與表面羧基包裹的PTX反應(yīng)。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，由于延長(zhǎng)了血液循環(huán)時(shí)間，增強(qiáng)了藥物滲透性，腫瘤細(xì)胞對(duì)PTX的攝入量提高了10倍以上，相對(duì)單純PTX治療，SWCNTs-PTX顯著抑制了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。

Wu等[13]先將MWCNTs的表面通過氧化形成羧基功能團(tuán)，再與HCPT以酯鍵共價(jià)結(jié)合，從而獲得MWCNTs與藥物形成的復(fù)合物（MWCNTs-HCPT）。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，該復(fù)合物表現(xiàn)出卓越的抗腫瘤活性和低毒性；同時(shí)具有長(zhǎng)血液循環(huán)時(shí)間和在腫瘤部位的高度藥物聚集性，這些特性均顯著增強(qiáng)了細(xì)胞攝入能力。

3.2 非共價(jià)吸附藥物于CNTs

研究人員先將MWCNTs分散于質(zhì)量濃度為0.01 g/ml的普朗尼克（Pluronic）F127溶液中，形成終質(zhì)量濃度為1 mg/ml的溶液，然后將不同質(zhì)量濃度的Pluronic-MWCNTs溶液（10、20、40 μg/ml）分別與DOX（20 μg/ml）反應(yīng)，結(jié)果顯示，隨著CNTs質(zhì)量濃度的提高，DOX的質(zhì)量濃度不斷下降，說明DOX以物理吸附的方式不斷結(jié)合于CNTs表面，且相對(duì)于單獨(dú)DOX和DOX-Pluronic，MWCNTs-DOX復(fù)合物對(duì)癌細(xì)胞的毒性明顯增強(qiáng)[14]。另外，也有以SWCNTs作為藥物載體，通過非共價(jià)作用吸附DOX用于腫瘤治療的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究[15]，研究者先用PEG修飾SWCNTs，然后DOX通過π-π作用有效地吸附于修飾的SWCNTs上，形成SWCNTs-DOX復(fù)合物。采用原子力顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，復(fù)合物的平均長(zhǎng)度約為100nm，直徑為2～3 nm。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PEG修飾有效地延長(zhǎng)了血液循環(huán)時(shí)間，DOX在血液中的循環(huán)半衰期由0.21 h提高至2.22 h，腫瘤組織對(duì)DOX的攝入量由0.68%ID/g提高至1.51%ID/g，這是由于血液循環(huán)時(shí)間的延長(zhǎng)增強(qiáng)了高通透性和滯留效應(yīng)?？傮w來說，SWCNTs-DOX復(fù)合物較單獨(dú)DOX在體外實(shí)驗(yàn)中對(duì)癌細(xì)胞表現(xiàn)出更大的毒性。分析其原因?yàn)镾WCNTs-DOX復(fù)合物的尺寸較單獨(dú)DOX更大一些，后者極易被腎小球?yàn)V出，從而很快被清除于體內(nèi)；同時(shí)SWCNTs表面包裹著PEG，可減緩SWCNTs-DOX被巨噬細(xì)胞清除的速度，從而延長(zhǎng)其血液循環(huán)時(shí)間[8,16]。

3.3 藥物填充于CNTs

通過共價(jià)方法將藥物黏附于CNTs表面意味著需要一個(gè)連接平臺(tái)，通過這個(gè)平臺(tái)藥物和CNTs可形成共價(jià)綁定。雖然共價(jià)吸附方式結(jié)合藥物比較可行，但研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，共價(jià)修飾可能會(huì)導(dǎo)致抗癌藥物分子發(fā)生化學(xué)改變，進(jìn)而可能導(dǎo)致其抗癌作用發(fā)生變化。同時(shí)，非共價(jià)吸附也存在一定的問題，如非共價(jià)吸附效率一般不高，可能未達(dá)到靶部位藥物就已釋放。

由于共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合藥物于CNTs均存在一定的缺陷，研究者開始采取新的策略，即將適合的抗癌藥物通過毛細(xì)管效應(yīng)填充于CNTs內(nèi)部并遞送至細(xì)胞[17]，但只有末端開放且無任何損傷的原始CNTs才可利用毛細(xì)管力實(shí)現(xiàn)填充，有缺損或側(cè)壁修飾有功能基團(tuán)（酯類或羧基基團(tuán)）的CNTs則會(huì)阻礙填充過程并降低藥物的包封率。2008年，有研究者利用毛細(xì)管效應(yīng)，采用濕化學(xué)法將抗癌藥物卡鉑填充于CNTs內(nèi)部，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著CNTs-卡鉑質(zhì)量濃度的提高，對(duì)細(xì)胞活性具有顯著的抑制作用，細(xì)胞數(shù)下降，細(xì)胞凋亡率增加，細(xì)胞周期被阻滯在G2/M期，CNTs與卡鉑形成的復(fù)合物顯著提高了卡鉑的細(xì)胞毒性作用。由于CNTs開放的末端使包載的藥物暴露于外部環(huán)境，這有可能造成在到達(dá)靶部位之前，藥物不受控制地釋放。Li等[18]構(gòu)建了一個(gè)“碳納米管瓶”，即在末端以功能化的金納米粒子建造了一個(gè)“帽子”，較原先文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)據(jù)，“帽子”不僅不會(huì)阻止藥物的裝載，反而獲得了更高的載藥量，且在生理?xiàng)l件下，該法包載抗癌藥物順鉑可遞送至癌細(xì)胞并發(fā)揮藥理作用。

3.4 藥物釋放

除了有一個(gè)好的靶向性，CNTs作為藥物載體的一個(gè)很重要方面就是可將藥物控制釋放至腫瘤細(xì)胞。雖然已有關(guān)于不同的藥物模型從CNTs釋放進(jìn)入靶細(xì)胞的文獻(xiàn)報(bào)道，但關(guān)于藥物從CNTs釋放的速度和量的報(bào)道則較少。有報(bào)道顯示，當(dāng)環(huán)境pH值偏酸時(shí)，從CNTs-DOX復(fù)合物上釋放出的DOX會(huì)更多，如pH值為5.5時(shí)，1 d內(nèi)DOX的釋放率約為40%；由于腫瘤組織細(xì)胞外的微環(huán)境及細(xì)胞內(nèi)的溶酶體和核小體均為偏酸性，故DOX類藥物在這樣的環(huán)境中更易獲得釋放。Zhang等[19]利用SWCNTs建立了一個(gè)pH響應(yīng)性靶向藥物傳遞系統(tǒng)，SWCNTs以羧基及多聚糖材料進(jìn)行修飾并負(fù)載抗癌藥物DOX，研究結(jié)果顯示，在生理pH值（pH7.4）時(shí)，藥物綁定于SWCNTs上；當(dāng)pH值下降時(shí)，藥物從載體上釋放出來，并可通過控制SWCNTs的表面電位來控制藥物的負(fù)載率和釋放速度，而表面電位的變化則可通過多聚糖材料的修飾來實(shí)現(xiàn)。

除了酸堿度影響外，溫度的升高也可影響藥物從CNTs上的釋放速度。Chen等[20]制備了一種基于CNTs的刺激響應(yīng)性藥物控釋系統(tǒng)。他們將CNTs末端修飾—COOH，通過巰基修飾的二氧化硅在CNTs兩端加個(gè)“帽子”，然后再通過二硫蘇糖醇或溫度的刺激來移除二氧化硅納米球，從而實(shí)現(xiàn)填充于CNTs內(nèi)部藥物的釋放，可通過調(diào)節(jié)二硫蘇糖醇的濃度和溫度來控制藥物的釋放速度。

另外，通過近紅外激光照射也可實(shí)現(xiàn)刺激響應(yīng)性藥物的控制釋放。Li等[21]以葉酸和鐵離子聯(lián)合修飾MWCNTs，制備了雙修飾的葉酸-MWCNTs@Fe，并在磁場(chǎng)作用下將抗癌藥物DOX遞送至HeLa細(xì)胞；由于MWCNTs對(duì)近紅外光具有很好的吸收特性，故可通過近紅外光照射很好地實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放。

4 CNTs在腫瘤熱療中的應(yīng)用

作為納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一種新興載體，CNTs的表面結(jié)構(gòu)決定了其具有獨(dú)特的熱學(xué)性質(zhì)，可選擇性地吸收近紅外光并產(chǎn)熱[22]。利用該性質(zhì)可對(duì)腫瘤進(jìn)行熱療稱為納米光熱療法[23]。

CNTs具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在藥物遞送和癌癥治療方面具有較大的潛力。生物功能化修飾的CNTs可靶向至腫瘤部位，并吸收近紅外光轉(zhuǎn)化為熱量，其機(jī)制已被廣泛研究：功能化的CNTs可選擇性地進(jìn)入細(xì)胞并發(fā)生聚集，近紅外光照射CNTs時(shí)，光電子熱量轉(zhuǎn)移至CNTs的石墨烯結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生熱量并快速擴(kuò)散進(jìn)入CNTs存在的多種細(xì)胞成分中，進(jìn)而造成細(xì)胞死亡[24]。CNTs的這種固有性質(zhì)為腫瘤治療提供了新思路。

有文獻(xiàn)報(bào)道，將偶聯(lián)至SWCNTs的DNA體系導(dǎo)入HeLa細(xì)胞中，用1.4 W/cm2的近紅外激光照射2 min后，可觀察到細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞黏附性均發(fā)生改變，細(xì)胞器碎片聚集，進(jìn)而造成細(xì)胞大量死亡。拉曼光譜和掃描電鏡結(jié)果顯示，黑色聚集物中存在SWCNTs，進(jìn)一步證實(shí)了局部加熱是造成細(xì)胞死亡的主要原因。相比之下，將不含SWCNTs的細(xì)胞用808 nm的激光在3.5 W/cm2的功率下照射5 min，則并未造成細(xì)胞死亡[23]。由此可見，基于CNTs的熱療可對(duì)腫瘤起到明顯的殺傷作用。Biris等[25]將HeLa細(xì)胞與CNTs共孵育48 h，然后用1 064 nm的近紅外光照射HeLa細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，隨著溫度急劇上升，對(duì)腫瘤的殺傷作用亦增強(qiáng)；而對(duì)照組（不含CNTs的HeLa細(xì)胞）的溫度則無明顯變化（溫度變化＜1.5℃）。

Zhou等[26]在對(duì)前列腺癌的治療研究中，將含MWCNTs和不含MWCNTs的前列腺癌細(xì)胞PC3分別用1 064 nm、15.3 W/cm2的近紅外光照射1.5 min和5 min，然后通過細(xì)胞毒性檢測(cè)和熱激蛋白的表達(dá)來判斷MWCNTs的存在與否對(duì)熱療效果的影響。結(jié)果顯示，MWCNTs存在的實(shí)驗(yàn)組在激光照射后細(xì)胞活力急劇下降，且細(xì)胞與MWCNTs共孵育的時(shí)間越長(zhǎng)，透射電鏡下觀察到的細(xì)胞空泡和細(xì)胞核中的MWCNTs數(shù)量越多。在運(yùn)用熱療對(duì)腦癌的治療研究中，先用質(zhì)量濃度為2.5～10 μg/ml的CNTs處理膠質(zhì)瘤細(xì)胞U251，然后用808 nm、2 W/cm2的近紅外光對(duì)其照射不同的時(shí)間（30～300 s），結(jié)果表明，CNTs對(duì)U251細(xì)胞的細(xì)胞毒性呈濃度和時(shí)間依賴性[27]。在運(yùn)用熱療對(duì)乳腺癌的治療研究中，用不同質(zhì)量濃度的SWCNTs對(duì)乳腺癌細(xì)胞BT474進(jìn)行處理，然后用800 nm、200 mW/cm2的激光照射，60 s內(nèi)即可殺滅所有細(xì)胞，且在死細(xì)胞周圍出現(xiàn)“泡沫”。這種現(xiàn)象主要是由于SWCNTs“爆炸”形成，SWCNTs在局部加熱的情況下會(huì)形成巨大壓力，然后形成“納米炸藥”，當(dāng)改變近紅外光強(qiáng)度時(shí)，這種現(xiàn)象依然存在。

在運(yùn)用熱療對(duì)腎癌的治療研究中，采用低功率（3 W/cm2）、短時(shí)間（30 s）的激光對(duì)含有MWCNTs的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行照射，可引起明顯的腫瘤消融作用。小鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，腫瘤后期的復(fù)雜程度與MWCNTs的劑量直接相關(guān)，當(dāng)MWCNTs的劑量為100 μg時(shí)，采用上述功率進(jìn)行治療，80%的小鼠腫瘤在12周后完全消失，且不再復(fù)發(fā)；而空白對(duì)照組和單獨(dú)使用MWCNTs實(shí)驗(yàn)組的小鼠則均未出現(xiàn)腫瘤消失的現(xiàn)象[28]。還有文獻(xiàn)報(bào)道，在MWCNTs存在的情況下，用近紅外光照射可使腫瘤局部溫度達(dá)76℃；而當(dāng)MWCNTs不存在時(shí)，近紅外光照射的腫瘤局部溫度不超過40℃[10，29-30]，MWCNTs在熱療中所起的作用不言而喻。

從臨床角度來看，對(duì)腫瘤患者通過外科手術(shù)并結(jié)合CNTs運(yùn)用熱療進(jìn)行腫瘤治療是安全的，臨床上通過腹腔鏡對(duì)腫瘤部位的血管供應(yīng)進(jìn)行研究，然后采用激光進(jìn)行局部照射有望殺滅腫瘤細(xì)胞。隨著科技的發(fā)展，未來可研制出迷你激光治療儀，通過腹腔鏡套管將激光儀導(dǎo)入體內(nèi)對(duì)腫瘤實(shí)施治療。這種微創(chuàng)療法可降低患者的疼痛感，縮短住院時(shí)間，并減少并發(fā)癥的出現(xiàn)。

5 展望

本文主要對(duì)以CNTs為藥物載體并結(jié)合熱療的新型腫瘤療法作一綜述。CNTs的結(jié)構(gòu)特性使得在同一載體上可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種功能，如靶向分子、藥物、受體等可同時(shí)修飾于其上，使其成為理想的多功能平臺(tái)；CNTs還可作為一種腫瘤熱療試劑，有望成為一種理想的載體實(shí)現(xiàn)腫瘤化療與熱療的聯(lián)合應(yīng)用。然而，雖然以CNTs為基礎(chǔ)的納米醫(yī)學(xué)研究非常誘人，并已有一些關(guān)于其使用劑量、表面化學(xué)修飾及尺寸等的研究，但在其正式用于臨床治療前，仍缺乏詳細(xì)的相關(guān)藥理學(xué)和毒理學(xué)特性研究及一個(gè)規(guī)范的風(fēng)險(xiǎn)/受益評(píng)價(jià)，這是研究者們面臨的一個(gè)新挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)的不斷完善，運(yùn)用功能化的CNTs對(duì)腫瘤進(jìn)行熱療與化療的聯(lián)合治療將指日可待。

利益沖突無

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Progress in the development of carbon nanotubes as drug delivery carrier combined with thermotherapy in cancer therapy

Sun Zhiting,Dong Xia,Leng Xigang
Institute of Biomedical Engineering,Chinese Academy of Medical Sciences&Peking Union Medical College,Tianjin 300192,China

Most of the anticancer drugs have some limitations in clinical application,such as poor solubility, low targeting and cytotoxicity to normal tissue and organ.The application of drug carriers offers a solution of these problems to a certain extent.In recent years,some materials such as polymers,liposomes,carbon nanotubes(CNTs) were used as carriers of anticancer drugs.The utilization of these carriers improved drug targeting and reduced adverse reactions by targeted modification of carriers which ensured the slow release of the drugs and maintained the plasma concentration.In these carriers,CNTs,as a novel nano-material,have attracted more attention in nanomedical applications.CNTs not only possess nanoscaled diameter,hollow structure and large aspect ratio,resulting in large drug capacity,but also can selectively absorb near infrared lights and transform them into thermal energy, according to the research finding.The functionalized drug-loaded CNTs in combination with thermotherapy shows potential,which is expected to become a new targeting therapy of cancer.In this paper,the basic structure of CNTs, the application of CNTs as drug carriers,and the recent development of functionalized CNTs as drug carriers combined with thermotherapy in tumor therapy were summarized.

Carbon nanotubes;Drug carrier;Chemotherapy;Thermotherapy

Leng Xigang,Email:lengxgyky@163.com

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81271693，81601595）；天津市自然科學(xué)基金（16JCYBJC27800）

2016-08-17）

冷希崗，Email:lengxgyky@163.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．06．012