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近日， 美國佐治亞理工學院和中國華南理工大學的材料科學家合作研發出一種毛髮狀自組裝金納米顆粒， 通過治療性藥物 和 加熱癌細胞 的雙重手段治療癌症。
背景
由 自組裝的 光敏材料製成的 “毛髮狀”納米顆粒，有朝一日將成為“納米載體”，從而為醫生提供一種同時將 治療性藥物 和抗癌熱量注入到腫瘤中的方法，未來將有望帶來一項型技術： 讓疏水光敏材料和親水材料，在高分子納米反應裝置中結合，創造出光敏的金納米顆粒。
特殊波長的光線使得納米顆粒按需組裝和拆裝， 在體外藥物釋放過程中， 智能地動態組裝納米顆粒。 當納米顆粒結構組裝時，在其中包含了 化療分子，這些分子將被吸收進腫瘤中，然後再發射一束波長較短的光線，通過光切割觸發拆裝。
除了這種動態自組裝和拆裝之外，化療分子的組裝和釋放也可以通過抗癌藥物和位於納米顆粒表面之上的高分子“毛髮”之間的可逆共價鍵實現。 金納米顆粒 通過吸收觸發藥物釋放的光線，加熱癌細胞，達到雙重治療的效果。
在一系列其他應用中，納米顆粒自組裝工藝可以通過環境因素例如溫度、pH值或者 合理設計高分子毛髮的 溶劑極性觸發。
創新
在最近的這項研究中，科學家採用的是金納米顆粒，但是這一過程也可以通過其他各種金屬和金屬氧化物的自組裝實現。 通過含有近紅外響應成分的吸水聚合物調整納米顆粒表面，藥物釋放將可以在體內進行。
這種球形的金納米顆粒也可以通過更加複雜形狀的納米材料取代，例如：空心納米顆粒、納米棒、納米管，從而更好地吸收能穿透生物組織的近紅外線。 目前為止，在活細胞或者器官中，還沒有測試過這些納米顆粒。
這項研究由美國空軍科學研究局和美國國家科學基金贊助，相關論文發表於1月31日的《 Proceedings of the National Academy of Sciences 》雜誌，美國佐治亞理工學院和中國華南理工大學的材料科學家合著了這篇論文。
技術
佐治亞理工學院材料科學與工程專業的教授 Zhiqun Lin 表示：“我們展望未來， 通過我們魯棒且可逆的組裝和拆裝工藝， 這些含聚合物的光敏金納米顆粒有望作為納米載體用於體內藥物釋放。 在癌症治療中， 這種工藝應用 將通過加熱癌細胞以及將藥物成分釋放到腫瘤中，提高療效。 ”
在光線下，組裝好的光敏納米顆粒可以通過幾小時的光照分開，這一過程可以通過光線的強度和波長進行控制。 Lin 補充道：“因為拆裝可以隨意開關，我們將通過控制短波長光線的照射，讓藥物按時釋放。”
毛髮狀納米顆粒在β-環糊精（ beta-cyclodextrin ）微小的核心周圍製造， 聚合物鏈 poly(acrylicacid)-block-poly(7-methylacryloyloxy-4-methylcoumarin)
(PAA-b-PMAMC)從它生長而來。 那種材料吸引了可溶於水的金屬前體， 這種金屬前體 使用了聚合物毛髮中的空間，作為納米反應裝置，形成金納米顆粒。
在這些內部結構（ 親水的 PAA聚合物）中，研究人員添加了由疏水單體 MAMC製作成的毛髮。 這些材料對於光線敏感，受到波長365納米的光線照射時，會引起納米顆粒通過光二聚過程（交聯反應）進行自組裝。 使用一種254納米的短波長光線，這種組裝工藝可以按照需求可靠地逆轉。
Lin 表示：“一旦來自鄰近金納米顆粒的聚合物鏈開始了光交聯，它們會通過自組裝工藝使得納米顆粒聚集到一起，從而生成大型納米顆粒組合。這項工藝是完全可逆的，並且可以 重複許多次。”
（圖片來源： Zhiqun Lin 實驗室 ）
研究團隊將染料分子加入到自組裝的納米顆粒中，模仿吸收和釋放化療藥物成分所要進行的工作。 納米顆粒中吸收了一種磁性金屬氧化物，通過外部磁場，它將使得組裝的納米顆粒被定向到腫瘤部位，也能夠支持影像診斷。
除了藥物活動以外，當金納米顆粒暴露於光線中時，它們的等離子體效應也會加熱納米顆粒，通過第二種方式對於癌細胞發起攻擊。
價值
除了潛在的醫療用途，自組裝技術還可以應用於光學、光電子學、磁技術、傳感材料和器件、催化作用以及納米技術。 這項技術也會引發 結晶動力學 的新的基礎研究，使用自組裝工藝創造出通過聚合物鏈結合在一起的“人造晶體”。
幾年來，Lin 的實驗室一直在研究兩親性星形嵌段共聚物，為納米顆粒系統開拓新能力。
他表示：“我們的研究提供了一種設計方案，它對於星型 嵌段共聚物 的外部塊和內部塊都可以進行操控。 我們的基礎貢獻在於，這項研究明智而審慎地準備了一種星型 嵌段共聚物 ，其中的內部塊能夠協調金屬前體，而外部塊能夠與感光物質交互，從而製作出光敏的金納米顆粒，進行光控可逆且可靠的自組裝。 ”
參考資料
【1】http://www.news.gatech.edu/2018/01/31/self-assembled-hairy-nanoparticles-could-give-double-punch-cancer
【2】 Yihuang Chen, et al., “Light-enabled reversible self-assembly and
tunable optical properties of stable hairy nanoparticles,” (Proceedings
of the National Academy of Sciences, 2018). http://www.pnas.org/content/early/2018/01/30/1714748115.
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