癌癥治療是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的難題，而癌細(xì)胞的擴(kuò)散是癌癥常見的死因。由于癌細(xì)胞遷移機(jī)制復(fù)雜，至今對其了解甚少。納米金剛石由于其良好的生物相容性和易于被功能化修飾的特性，使其作為藥物載體材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所光電功能界面材料實驗室自2010年開始研究基于納米金剛石的癌癥治療體系，發(fā)現(xiàn)在酸性細(xì)胞環(huán)境內(nèi)，納米金剛石-順鉑體系可實現(xiàn)順鉑藥物的緩釋效果，能顯著抑制HeLa細(xì)胞的增殖（Small 2010, 6, 1514-1519）。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)了高壓高溫法制備的納米金剛石對HepG2細(xì)胞的遷移抑制效果（Physica Status Solidi A 2016, 213, 2131-2137）。特定濃度的羧基化納米金剛石可顯著抑制癌細(xì)胞中波形蛋白的表達(dá)，從而抑制HeLa和C6細(xì)胞的遷移（Diam Relat Mater 2020, 105, 107809）。近期，該課題組合成了納米金剛石-二氧化鈦復(fù)合材料，可在可見光下對癌細(xì)胞進(jìn)行選擇性殺傷，并抑制癌細(xì)胞的遷移。該研究為開發(fā)低毒性、多功能的光敏劑提供了新思路，在細(xì)胞診療與遷移方面具有潛在應(yīng)用價值（Carbon 2021, 174, 90-97）。

此外，該課題組還對納米金剛石對腫瘤細(xì)胞遷移的抑制機(jī)制及其在體內(nèi)的作用展開了深入探討。結(jié)果表明，羧基化納米金剛石可以提高腫瘤細(xì)胞與基底的粘附能力，從而導(dǎo)致細(xì)胞運(yùn)動受限。在分子機(jī)理上主要表現(xiàn)在羧基化納米金剛石能夠下調(diào)N-鈣粘蛋白和波形蛋白的表達(dá)，上調(diào)E-鈣粘蛋白的表達(dá)，通過TGF-β信號通路逆轉(zhuǎn)EMT過程。通過Phalloidin染色實驗證實了羧基化納米金剛石會損害F-肌動蛋白細(xì)胞骨架的組裝，減少應(yīng)力纖維和板狀偽足的形成，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的遷移。利用小鼠肺轉(zhuǎn)移模型驗證了羧基化納米金剛石在體內(nèi)對腫瘤轉(zhuǎn)移的抑制作用。未來，羧基化納米金剛石有望作為簡單的載體和探針，并在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域作為腫瘤細(xì)胞遷移的新型抑制劑，在調(diào)控細(xì)胞行為方面發(fā)揮積極作用。

相關(guān)研究成果以Nanodiamonds Inhibit Cancer Cell Migration by Strengthening Cell Adhesion: Implications for Cancer Treatment為題，在線發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2021，13，9620-9629）上。理化所研究員只金芳和副研究員李雷為論文通訊作者，博士研究生郭清越為論文第一作者，日本慶應(yīng)義塾大學(xué)教授Yasuaki Einaga對該研究的實驗設(shè)計和機(jī)理分析提供指導(dǎo)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院國際合作研究基金和東南大學(xué)國家重點(diǎn)實驗室開放研究基金的資助。

羧基化納米金剛石抑制腫瘤細(xì)胞遷移過程示意圖