纳米材料调控肿瘤微环境，开启癌症治疗新篇章

为改善癌症治疗效果，研究人员探索纳米材料对肿瘤微环境（TME）的化学调控，显著提升治疗潜力。

　　肿瘤，这个威胁人类健康的 “恶魔”，每年都无情地夺走超过千万人的生命。尽管科研人员不懈努力，尝试了多种治疗手段，如手术、化疗、放疗、免疫治疗等，但由于肿瘤的异质性和肿瘤微环境（TME）等因素的影响，临床治疗效果仍不尽人意。肿瘤微环境就像肿瘤的 “帮凶”，它是一个复杂的实体，不仅为肿瘤细胞提供了适宜的生长环境，还能通过多种机制削弱现有治疗方法的疗效，导致肿瘤免疫逃逸、耐药性产生等问题，让癌症治疗困难重重。因此，如何调控肿瘤微环境，成为攻克癌症的关键难题。

为了找到攻克癌症的新方向，苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）、东南大学附属中大医院等机构的研究人员开展了深入研究。他们聚焦于纳米材料，探索其对肿瘤微环境的化学调控作用，相关研究成果发表在《Cell Reports Physical Science》上。这项研究意义重大，为癌症治疗开辟了新的途径，有望提高癌症患者的生存率和生活质量。

研究人员在研究中运用了多种关键技术方法。在纳米材料的制备方面，采用了自组装、共价交联等技术来构建具有特定功能的纳米材料，如基于血红蛋白（Hb）的氧纳米穿梭体、碳酸钙（CaCO₃）纳米颗粒等。在检测分析方面，利用正电子发射断层扫描 / 计算机断层扫描（PET/CT）、共聚焦成像等技术，实时监测肿瘤微环境的变化以及纳米材料在体内的分布和作用效果。此外，通过细胞实验和动物实验，评估纳米材料对肿瘤细胞生长、免疫细胞功能等的影响。

研究结果主要围绕肿瘤微环境的多个关键方面展开：

• 肿瘤缺氧调节：实体肿瘤常存在缺氧区域，这不仅促进肿瘤发展，还导致对放疗、光动力疗法（PDT）等治疗方式的抵抗。研究人员发现，利用纳米材料可以调节肿瘤缺氧状态。例如，基于二氧化锰（MnO₂）的纳米材料能催化分解肿瘤细胞产生的过氧化氢（H₂O₂）生成氧气，增强放疗效果；血红蛋白和全氟碳（PFC）等构建的氧纳米穿梭体，可通过促进肿瘤氧合，提升多种癌症治疗方式的疗效。同时，研究还发现调节肿瘤缺氧能逆转肿瘤免疫抑制，增强免疫治疗效果，如联合免疫刺激剂或免疫检查点阻断抗体，可有效抑制肿瘤生长和复发。此外，通过纳米材料阻断肿瘤血液供应，造成肿瘤缺氧坏死，也是一种潜在的治疗策略，与其他治疗方式联合使用，能取得更好的治疗效果。
• 肿瘤酸度调节：肿瘤细胞的代谢特点导致肿瘤微环境呈酸性（TME 酸中毒），这促进了肿瘤的侵袭和转移，并降低了癌症治疗的响应率。研究人员尝试了多种方法来调节肿瘤酸度。质子泵抑制剂（PPIs）可减少肿瘤酸化，增强弱碱性化疗药物的疗效，但在不同癌症治疗中的效果存在差异。口服碳酸氢钠溶液等缓冲疗法能中和肿瘤酸度，增强化疗和免疫治疗效果，但临床应用存在局限性。碳酸钙（CaCO₃）等无机纳米材料不仅能中和肿瘤酸度，还能通过激活抗肿瘤免疫，增强免疫检查点阻断免疫疗法等多种治疗方式的效果。此外，通过抑制碳酸酐酶 IX（CAIX）等靶点诱导肿瘤细胞内酸中毒，可直接导致癌细胞死亡，并增强化学动力学治疗（CDT）的效果。
• 肿瘤氧化还原调节：肿瘤细胞的代谢异常使其处于氧化还原失衡状态，活性氧（ROS）水平升高。适度的 ROS 可促进肿瘤发展，但高水平的 ROS 能诱导癌细胞死亡。研究人员利用这一特点，开发了多种基于纳米材料的治疗策略。例如，基于铁等金属离子的 Fenton 催化剂，可通过原位产生羟基自由基（OH）诱导癌细胞死亡，即化学动力学治疗（CDT）。此外，一些纳米材料在外部物理刺激（如光、热、超声等）下能产生 ROS，选择性地杀死癌细胞。同时，调节肿瘤微环境中的 ROS 水平，还能影响免疫细胞的功能，通过纳米材料清除 ROS 或调节其产生，可增强免疫治疗效果。
• 肿瘤浸润免疫细胞的化学调节：肿瘤免疫抑制是癌症治疗的一大障碍，肿瘤浸润免疫细胞的功能异常在其中起着关键作用。研究人员设计了多种纳米材料来调节肿瘤浸润免疫细胞的功能。例如，通过纳米材料激活树突状细胞（DCs），增强其抗原呈递能力，启动抗肿瘤免疫反应；修饰纳米材料表面，阻断 PD - 1/PD - L1 免疫抑制轴，增强 CD8⁺ T 细胞的肿瘤杀伤能力；靶向肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），促进其从促肿瘤的 M2 型向抗肿瘤的 M1 型转化，改善肿瘤免疫微环境。

研究结论表明，纳米材料凭借其独特的性质，在调节肿瘤微环境方面展现出巨大的潜力。通过对肿瘤缺氧、酸度、氧化还原状态以及肿瘤浸润免疫细胞的精准调控，纳米材料能够直接诱导癌细胞死亡，或增强现有癌症治疗方式的疗效。这为癌症治疗提供了创新的策略和方法，有望克服传统治疗的局限性，提高癌症患者的生存率和生活质量。然而，目前该研究仍面临一些挑战，如纳米材料的临床转化问题，包括其成分的明确性、生物相容性、大规模可重复性生产以及高肿瘤积累效率等。此外，对肿瘤微环境动态演化的监测方法也有待进一步改进，以更好地指导纳米材料的设计和临床应用。未来，随着技术的不断进步和研究的深入，纳米材料在癌症治疗领域有望取得更大的突破，为人类健康带来新的希望。