在全球范围内,癌症严重威胁人类健康,传统治疗手段如手术、化疗和放疗,存在缺乏肿瘤选择性、治疗效果不佳以及副作用严重等问题。在此背景下,纳米医学的发展为癌症治疗带来了新的契机,POMs 作为一类独特的无机纳米材料,逐渐成为研究热点。
POMs 是由早期过渡金属和氧原子组成的金属 - 氧化物阴离子簇,具有多种结构类型,其结构和组成可根据药物设计目标进行高度调整。凭借丰富多样的物理化学性质,POMs 在材料科学、催化和生物医学等领域具有广泛应用前景。在癌症治疗领域,POMs 的应用经历了从单纯作为化疗药物到参与多模式治疗策略的重要转变。
文章系统阐述了 POMs 在多种癌症治疗方式中的作用机制与应用进展:
化疗:部分纯 POMs 展现出一定的抗癌活性,但其对正常细胞的毒性限制了临床应用。通过有机分子修饰形成的 POM - 有机纳米杂化物、POM - 药物纳米杂化物等,能够显著提升对肿瘤细胞的选择性杀伤能力和药物递送的特异性,为精准化疗提供了新的策略。
化学动力学治疗(CDT):CDT 利用肿瘤微环境中的特殊条件产生活性氧物种(ROS)以破坏肿瘤细胞。POMs 可作为电子穿梭体拓宽 Fenton 反应的 pH 范围,增强催化效率;或作为纳米酶响应肿瘤微环境,产生多种酶样活性,调节细胞内氧化还原平衡;还可与光热剂结合,通过热介导和热增强催化作用,协同提高 CDT 疗效。
光热治疗(PTT):PTT 借助光热剂将光能转化为热能,实现肿瘤的热消融。POMs 基材料,如杂多蓝,在近红外区域具有强吸收特性,能够有效提高光热转换效率。同时,POMs 对肿瘤微环境的 pH 和谷胱甘肽(GSH)响应性,使其能够实现精准加热,减少对正常组织的损伤。此外,POMs 还具有抗氧化应激能力,可减轻 PTT 诱导的炎症反应。
光动力治疗(PDT):PDT 通过特定波长的光激活光敏剂产生细胞毒性物质。POMs 能够驱动传统光敏剂的自组装,提高其在肿瘤部位的积累和治疗效果;同时,含高 Z 元素的 POMs 可作为闪烁体,在 X 射线激活下实现深部组织的 PDT,克服了传统光动力治疗中光源穿透性不足的问题。
放疗:放疗利用高能辐射破坏肿瘤组织,但存在对正常组织损伤和肿瘤细胞耐药等问题。POMs 因其含有高 Z 元素和具有氧化还原活性,可作为放射增敏剂,增强辐射效果,促进 ROS 生成,同时通过调节肿瘤微环境,如消耗 GSH、缓解缺氧等,克服肿瘤的放射抗性,提高放疗的精准性和疗效。
声动力治疗(SDT)和电动力治疗(EDT):在 SDT 中,POMs 作为无机声敏剂,与其他材料协同作用,能够增强 ROS 的产生和 GSH 的消耗,提高治疗效果。在 EDT 中,POMs 基纳米材料在电场作用下产生 ROS,实现对癌细胞的杀伤,且可与 CDT 协同,为癌症治疗提供了新的途径。
免疫治疗:癌症免疫治疗旨在激活机体免疫系统以识别和攻击癌细胞。POMs 不仅可以通过多种治疗策略诱导免疫原性细胞死亡,激活抗肿瘤免疫反应;还可作为免疫调节剂,增强机体的免疫功能,为癌症免疫治疗的发展提供了新的思路。
尽管 POMs 在癌症治疗中展现出巨大潜力,但目前其临床应用仍面临诸多挑战,主要包括安全性问题、生物分布不理想以及规模化合成困难等。为推动 POMs 从实验室走向临床,需要全面评估其纳米毒性,深入理解其结构 - 功能关系,借助实验化学、计算建模和人工智能等技术优化设计,简化结构以提高可重复性和可扩展性,并探索与临床现有设备和技术的有效结合方式。
该综述系统总结了 POMs 在癌症治疗领域的研究进展,为进一步探索 POMs 在精准癌症治疗中的应用提供了重要的理论依据和实践指导,有望推动该领域的深入研究和临床转化。
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Chemical Engineering Journal 512 (2025) 162335
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