葡萄糖功能化金纳米粒子用于肺癌高效光热治疗的研究

《Scientific Reports》：Glucose-functionalized gold nanoparticles for effective photothermal therapy in lung cancer

本研究针对晚期肺癌治疗难题，开发了具有靶向性的葡萄糖功能化金纳米粒子（AuNPs-Gluc），通过近红外激光激发其表面等离子体共振效应，实现肿瘤特异性光热消融。结果表明，葡萄糖修饰显著提升纳米粒子在肺癌细胞（A549、H1299、LLC）中的摄取效率，联合激光照射可选择性诱导癌细胞凋亡并抑制肿瘤生长，且对正常细胞无毒性。该策略为晚期肺癌的精准治疗提供了新思路。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，尤其晚期患者因诊断延迟和治疗耐受性差，生存率急剧下降。尽管靶向药物和免疫检查点抑制剂（ICIs）为部分患者带来希望，但耐药性和淋巴结转移仍是临床面临的严峻挑战。在此背景下，光热治疗（PTT）作为一种微创、高选择性的肿瘤消融技术备受关注。其中，金纳米粒子（AuNPs）因其独特的局部表面等离子体共振（LSPR）特性，可将光能转化为热能，精准杀伤癌细胞。然而，如何提升AuNPs在肿瘤部位的富集效率并降低对正常组织的毒性，是实现其临床转化的关键。

本研究通过合成三种不同形貌（球形、棒状、星形）的AuNPs，并分别修饰聚乙二醇（AuNPs-PEG）或葡萄糖（AuNPs-Gluc），系统评估了其靶向性和光热疗效。研究团队采用透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见光谱（UV-Vis）对纳米粒子进行形貌和光学表征，通过动态光散射（DLS）测定其流体力学尺寸和Zeta电位。细胞实验选用人源（A549、H1299）和鼠源（LLC）肺癌细胞系，通过MTT法检测毒性，ICP-MS量化细胞摄取，并通过激光照射（980 nm，1 W）验证光热效应。动物实验采用LLC荷瘤小鼠模型，评估体内抗肿瘤效果及生物安全性。

结果

1. 纳米粒子的功能化与表征

三种AuNPs均成功合成并功能化，星形AuNPs（AuNPs-Stars）的LSPR峰值（986 nm）与激光波长（980 nm）最为匹配，预示其具有最佳光热转换潜力。功能化后纳米粒子稳定性良好，Zeta电位均为轻微负值。

2. 葡萄糖修饰提升生物相容性与靶向性

葡萄糖修饰（AuNPs-Gluc）显著降低了AuNPs对肺癌细胞的毒性，尤其在50–100 μg/mL浓度下未见明显细胞损伤。ICP-MS显示，AuNPs-Gluc在A549细胞中的摄取量显著高于AuNPs-PEG（p<0.05），TEM图像进一步证实其胞质内定位。

3. 星形AuNPs-Gluc展现最优光热疗效

激光照射后，AuNPs-Gluc组癌细胞活力显著下降，其中星形粒子效果最突出：A549细胞活力降至59%（vs. 未处理组100%，p<0.01），克隆形成能力减少45%。凋亡实验（Annexin V/PI染色）显示AuNPs-Stars-Gluc+激光组凋亡率达32.5%（H1299细胞）。值得注意的是，正常成纤维细胞（Wi38）在相同处理下未受影响，证明治疗的选择性。

4. 体内实验验证治疗潜力

在LLC荷瘤小鼠模型中，静脉注射AuNPs-Stars-Gluc后，纳米粒子在肿瘤部位持续富集超过24小时，且未引起肝酶（ALT/AST）升高或血常规指标异常。联合激光照射显著抑制肿瘤生长（p<0.01），并延长小鼠生存期（p<0.001）。组织病理学显示治疗组肿瘤出现大面积坏死和炎症细胞浸润，而主要器官未见损伤。

结论与意义

本研究证实葡萄糖功能化可通过肿瘤细胞高表达的GLUT1转运体增强AuNPs的靶向摄取，联合近红外激光可实现精准光热消融。星形AuNPs因其多分支结构及LSPR特性，具有最优的光热转换效率和肿瘤穿透能力。该策略不仅规避了传统疗法对分子分型的依赖，还通过代谢靶向拓宽了适用人群。未来通过优化给药方案、探索与免疫疗法（如ICIs）的联合应用，有望为晚期肺癌提供一种低毒、广谱的新型治疗模式。论文发表于《Scientific Reports》，为纳米医学在肿瘤治疗中的转化研究提供了重要参考。