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综述:定制先进金属基纳米药物用于适应性纳米动力学疾病治疗与诊疗一体化
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年09月17日 来源:Advanced Materials 26.8
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本综述系统总结了金属基纳米材料(MBNs)在纳米动力学治疗(NDT)与诊疗一体化中的前沿进展。重点探讨了其结构设计原则、治疗机制(如化学动力学治疗CDT、光动力学治疗PDT、声动力学治疗SDT等)及在抗肿瘤、抗菌抗病毒中的应用。文章强调了通过活性氧(ROS)生成、免疫调控等机制克服肿瘤缺氧、多药耐药等问题,并指出其在生物安全性、临床转化方面的挑战与未来智能纳米结构的发展方向。
金属基纳米材料(MBNs)包括金属纳米颗粒(MNPs)、金属氧化物/过氧化物、金属硫化物(MSNPs)、金属有机框架(MOFs)、二维金属纳米片和金属酚醛网络(MPNs)。这些材料凭借可调的结构和独特的催化、光学、磁性等性质,为多种纳米动力学治疗(NDT)提供了平台。例如,金纳米颗粒(AuNPs)具有表面等离子共振效应,适用于光热治疗(PTT)和生物成像;氧化铁纳米颗粒(IONPs)具有超顺磁性,可用于磁共振成像(MRI)和磁动力学治疗(MDT)。
在肿瘤治疗中,MBNs通过外部物理或化学刺激激活,产生ROS,诱导肿瘤细胞凋亡。化学动力学治疗(CDT)基于Fenton或类Fenton反应,利用肿瘤微环境(TME)中的H2O2生成羟基自由基(·OH)。例如,CuPd合金纳米颗粒通过释放Cu+/Cu2+介导Fenton反应,同时消耗谷胱甘肽(GSH),增强铁死亡效应。光动力学治疗(PDT)依赖光敏剂在光激发下产生单线态氧(1O2)或自由基,但受限于组织穿透深度和TME缺氧。声动力学治疗(SDT)利用超声波穿透深层组织,激活声敏剂产生ROS,克服了PDT的穿透限制。此外,热动力学治疗(TDT)、压电动力学治疗(PZDT)和磁动力学治疗(MDT)等新兴策略,通过热、机械或磁场刺激,实现非氧依赖的ROS生成,有效抑制肿瘤生长。
MBNs通过直接破坏病原体结构、干扰代谢途径或激活免疫系统,展现广谱抗菌抗病毒活性。银纳米颗粒(AgNPs)通过释放Ag+离子,诱导ROS生成,破坏细菌细胞膜;氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)和氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)通过类似机制抑制DNA复制和蛋白质合成。在抗病毒方面,单原子纳米酶(如FeN4P2-SAzymes)通过催化脂质过氧化,破坏病毒包膜,有效灭活SARS-CoV-2、流感病毒等包膜病毒。这些策略为克服抗生素耐药性和病毒变异提供了新途径。
MBNs在诊疗一体化中发挥重要作用,其磁性、光学等特性支持多模态成像,如MRI、CT、光声成像(PAI)和正电子发射断层扫描(PET)。例如,超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIONs)作为T2加权MRI对比剂,用于肿瘤成像和磁靶向治疗;金纳米颗粒(AuNPs)凭借高X射线衰减系数,增强CT成像对比度。智能纳米平台(如MOFs和MPNs)可实现药物控释和响应性释放,结合实时成像监控,提升治疗精度和疗效。
尽管MBNs在实验中展现出巨大潜力,但其临床转化仍面临长期生物安全性、生物降解性和规模化生产等挑战。未来研究需聚焦于优化材料设计,提高靶向性和生物相容性,结合人工智能(AI)和绿色合成技术,开发智能响应型纳米系统。同时,跨学科合作将推动MBNs在精准医学、免疫治疗和再生医学等领域的广泛应用,最终实现个性化医疗和高效治疗策略。
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