金属有机框架作为治疗变色龙:基于新型纳米结构学的癌症治疗革命

时间:2025年4月22日
来源:Asian Journal of Pharmaceutical Sciences

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针对传统癌症疗法疗效有限、副作用大的问题,研究人员系统综述了金属有机框架(MOFs)在肿瘤治疗中的创新应用。通过分析MOFs的多样化合成方法、刺激响应特性和多功能治疗机制(包括化疗、免疫治疗、放射治疗和光疗等),揭示了其在提高药物负载、靶向递送和协同治疗方面的突破性进展,为开发下一代抗癌纳米平台提供了重要理论依据。

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癌症作为全球第二大死因,其治疗面临巨大挑战。传统疗法如手术、化疗和放疗存在选择性差、毒副作用大等问题,而新兴的免疫治疗和靶向治疗也面临肿瘤微环境(TME)复杂性的制约。在这一背景下,金属有机框架(MOFs)因其可调的孔隙结构、高比表面积和多功能性,成为突破现有治疗瓶颈的新希望。

为系统评估MOFs在癌症治疗中的应用潜力,研究人员开展了这项全面综述研究。通过梳理大量文献,详细阐述了MOFs的分类、合成方法及其在多种癌症治疗策略中的创新应用,相关成果发表在《Asian Journal of Pharmaceutical Sciences》上。

研究采用了多种关键技术方法:包括不同MOFs的合成技术(溶剂蒸发法、溶剂热/水热法、微波辅助合成等);基于金属类型(铁、锌、铜等)和结构组分(IRMOFs、ZIFs等)的分类体系;以及针对肿瘤微环境设计的pH、声、磁、电响应型MOFs的构建策略。研究还重点评估了MOFs在诱导铁死亡(ferroptosis)和铜死亡(cuproptosis)等新型细胞死亡途径中的作用机制。

研究结果主要包含以下重要发现:

  1. MOFs的分类与合成
    根据金属类型可分为过渡金属基(如Fe、Zn、Cu、Zr等)和贵金属基MOFs;按结构组分分为IRMOFs、ZIFs、MILs等系列。溶剂热法是最常用的合成方法,而微波辅助合成和连续流动合成则更适合规模化生产。

  2. 刺激响应型MOFs
    pH响应型MOFs在肿瘤酸性环境中可释放90%以上的载药;声响应型MOFs在超声触发下能显著增强药物释放;磁响应型Fe3O4@MOFs在外磁场引导下可提高肿瘤部位药物浓度。

  3. 新型治疗机制
    铁基MOFs通过Fenton反应诱导铁死亡,同时消耗谷胱甘肽(GSH);铜基MOFs在TME中释放Cu2+引发铜死亡。这些新型细胞死亡途径可克服传统疗法的耐药性问题。

  4. 生物仿生MOFs
    红细胞膜包裹的MOFs将循环时间延长3倍;癌细胞膜修饰的MOFs通过同源靶向作用提高肿瘤蓄积。这类仿生策略显著改善了MOFs的生物相容性和靶向性。

  5. 联合治疗应用
    MOFs可同时负载化疗药物(如DOX)、免疫调节剂和光敏剂,实现化疗-免疫-光热/光动力(PTT/PDT)的多模式协同治疗,肿瘤抑制率最高达97.7%。

  6. 诊疗一体化
    Zr/Hf基MOFs兼具CT/MRI成像功能和放疗增敏作用;卟啉基MOFs同时具备荧光成像和PDT疗效,实现了治疗过程的实时监控。

研究结论表明,MOFs凭借其结构可设计性和多功能集成能力,在解决癌症治疗面临的药物递送效率低、靶向性差和耐药性等关键问题上展现出独特优势。特别是通过合理设计刺激响应型MOFs和开发铁死亡/铜死亡等新型作用机制,为开发下一代智能抗癌纳米药物提供了重要思路。然而,MOFs的临床转化仍面临体内代谢途径不明确、规模化生产标准缺失等挑战,需要材料科学、药学与临床医学的跨学科协作来推动其实际应用。

这项系统综述不仅全面梳理了MOFs在癌症治疗领域的最新进展,更重要的是提出了"治疗变色龙"的创新概念——即通过单一MOFs平台实现多种治疗模式的智能切换,为未来抗癌纳米药物的设计提供了理论框架和实践指南。随着对MOFs生物效应认识的深入和制造工艺的优化,这类材料有望真正实现从实验室到临床的转化,开创癌症精准治疗的新纪元。

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