基于铂纳米颗粒的电动力疗法用于有效癌症治疗

恶性肿瘤是威胁人类健康的头号杀手，对于大尺寸的恶性肿瘤，除常用的手术切除、化疗和放疗手段外，我国在临床上还可以采用一种微创的治疗方法——电化学疗法（EChT）。电化学疗法通过将多根电极直接插入肿瘤中，并通以直流电的方式，利用插入电极附近剧烈的pH变化实现肿瘤细胞杀伤。这种方法虽然操作简单、创口小，但对组织损伤大，并且其有限的有效治疗面积和复杂的电极配置也阻碍了电化学疗法的进一步发展和应用。近日，浙江大学的韩高荣（点击查看介绍）、李翔（点击查看介绍）团队和苏州大学刘庄（点击查看介绍）团队合作，将纳米材料与电化学疗法结合，首次提出了一种新型的肿瘤治疗策略——电动力治疗法（Electrodynamic Therapy, EDT）。

近年来，基于纳米材料促进活性氧（ROS）产生的治疗手段一直是肿瘤治疗领域研究的热点，主要包括以下几种方法：光动力治疗（PDT）、声动力治疗（SDT）、放射动力治疗（RDT）以及化学动力治疗（CDT）。这些方法通过外场（激光、超声波、X射线或内源性化学能）刺激纳米材料产生ROS，破坏肿瘤细胞重要组分（如脂质、蛋白质或DNA）进而导致凋亡或坏死，但目前还没有研究表明电场具有促进纳米材料产生（ROS）的作用。本文作者发现，铂纳米颗粒在直流电场和氯离子辅助下，会促使水分子在其表面分解，产生具有细胞毒性的羟基自由基，不仅能够降解亚甲基蓝，还能够有效抑制肿瘤细胞增殖，引发凋亡。为降低电极反应的影响，本文采用双盐桥体系，证实了只有在铂纳米颗粒存在的条件下，才有羟基自由基产生。除铂纳米颗粒外，具有电催化功能的钯纳米颗粒与铱纳米颗粒也具有同样的效果，而惰性的金纳米颗粒在此反应体系下不具有催化水分解产生羟基自由基的功能。

为更好地将此现象应用于小鼠肿瘤模型，减少电极本身对组织的损伤，作者探究了方波交流电场对反应的影响。结果发现，随着方波周期的降低，铂纳米颗粒产生羟基自由基的量越少。其中周期为120 s时，铂纳米颗粒对亚甲基蓝的降解效果与直流电场相当。

作者利用鼠源乳腺癌4T1细胞为模型探究了此方法在肿瘤治疗中应用的可行性，发现电场下的铂纳米颗粒能够在细胞内产生ROS，不仅会引起4T1细胞凋亡，还能有效抑制其增殖。同时，该方法在小鼠大尺寸肿瘤模型中也取得了很好的治疗效果。从起始肿瘤体积为500 mm³时开始治疗，注射铂纳米颗粒同时施加电场这组小鼠的肿瘤在30天后已完全消失。

相比于其他基于ROS的肿瘤“动力学”治疗方法，电动力治疗是利用在电场下水在铂纳米颗粒表面的分解反应产生的ROS，反应物来源丰富，反应可持续性强且不受肿瘤周围环境影响。此方法一方面解决了传统EChT疗法治疗面积有限且难以控制的问题，另一方面为基于ROS的肿瘤治疗方法提供了一种新思路，在医学领域可进一步作为化疗、基因治疗、免疫治疗的协同手段，还有望应用于抗菌杀毒、污水处理等领域。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是浙江大学博士研究生顾桐旭。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Platinum Nanoparticles to Enable Electrodynamic Therapy for Effective Cancer Treatment

Tongxu Gu, Yao Wang, Yunhao Lu, Liang Cheng, Liangzhu Feng, Hui Zhang, Xiang Li*, Gaorong Han*, Zhuang Liu*

Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201806803

导师介绍

韩高荣

https://www.x-mol.com/university/faculty/53173

李翔

https://www.x-mol.com/university/faculty/53224

刘庄

https://www.x-mol.com/university/faculty/18393