BSA/TEOS修饰氧化锌纳米颗粒的体外靶向定位及其对结直肠癌的选择性抗癌效应研究

本研究针对传统癌症疗法副作用大、药物分布无差别等问题，通过合成牛血清白蛋白(BSA)和四乙氧基硅烷(TEOS)修饰的氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)，系统评估其对结直肠癌细胞(Caco-2)的选择性抗癌活性。结果表明，ZnOT NPs(+19.3 mV)展现最佳稳定性，在Caco-2中IC50为235 μg/mL，诱导65%晚期凋亡并引发G2/M期阻滞，而对正常肝细胞(HepG2)毒性极低。该研究为靶向抗癌纳米药物开发提供新策略。

　　

癌症治疗领域长期面临传统化疗药物"敌我不分"的难题，这些药物在杀伤肿瘤细胞的同时会严重损伤健康组织。尤其对于全球年新增病例超190万的结直肠癌，现有疗法常伴随骨髓抑制、消化道反应等严重副作用。更棘手的是，肿瘤微环境的复杂性使得药物难以精准递送，迫使临床不得不提高给药剂量，进一步加剧毒性反应。在这一背景下，纳米技术的兴起为靶向治疗带来曙光——其中氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)因其独特的pH响应性溶解特性（在酸性肿瘤微环境中释放Zn²⁺诱导癌细胞死亡，而在正常组织中保持稳定）备受关注。然而，裸ZnO NPs易聚集、稳定性差的缺陷严重制约其临床应用。

为突破这一瓶颈，埃及57357儿童癌症医院等机构的研究团队创新性地采用牛血清白蛋白(BSA)和四乙氧基硅烷(TEOS)双重修饰策略，开发出具有肿瘤选择性的纳米武器。研究人员通过水热法合成ZnO NPs后，分别用BSA和TEOS进行表面修饰获得ZnOB和ZnOT，并系统比较三者理化性质及生物效应。研究结果发表在《Scientific Reports》期刊，揭示了表面工程如何巧妙调控纳米颗粒的"善恶两面性"——既能精准狙杀癌细胞，又能对正常细胞"秋毫无犯"。

研究采用紫外可见光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)进行纳米材料表征；通过CCK-8法测定细胞活力；借助流式细胞术和共聚焦显微镜(CLSM)分析细胞凋亡、周期阻滞及纳米颗粒内化行为；采用罗丹明123(Rh123)染色评估线粒体膜电位变化。实验选用Caco-2、HepG2和HEK293三种细胞系模拟癌症与正常组织的差异响应。

纳米颗粒表征
TEM显示原始ZnO NPs平均直径14±5.2 nm，经BSA和TEOS修饰后增至19±6.8 nm和17.8±7.4 nm，表面形成3.6 nm和5.6 nm的包覆层。DLS检测发现ZnOB粒径(342±8.4 nm)显著大于ZnOT(145±23.8 nm)，这与UV-Vis中ZnOT的蓝移现象(λ_max=357 nm)相印证。Zeta电位测试揭示关键发现：TEOS修饰使ZnOT带正电(+19.3 mV)，而BSA修饰的ZnOB呈弱负电(-3.24 mV)，这种电荷反转显著影响细胞相互作用模式。

选择性细胞毒性
在Caco-2细胞中，未修饰ZnO的IC₅₀为219 μg/mL，而ZnOT(235 μg/mL)和ZnOB(308 μg/mL)展现适度毒性降低。惊人发现是：三种纳米颗粒对HepG2细胞的IC₅₀均>1900 μg/mL，验证其"智能识别"能力。流式细胞术显示ZnOT处理组晚期凋亡细胞增加65%，显著高于ZnO组的40%，表明TEOS修饰增强凋亡诱导效率。

细胞周期与内化机制
ZnOT引发Caco-2细胞G2/M期阻滞达40%，远超其他组别。CLSM动态观察发现：原始ZnO 4h内即穿透核膜，而修饰后的纳米颗粒主要滞留胞质——这与核孔尺寸限制理论吻合（ZnOB/ZnOT粒径>50 nm）。流式定量显示ZnOB在37°C 24h条件下的荧光强度提升80%，揭示BSA修饰促进内吞作用。

线粒体靶向效应
Rh123实验显示ZnO使线粒体膜电位降低30%，ZnOT组应激细胞比例最高。这与其高效诱导凋亡的结果一致，证实活性氧(ROS)爆发导致线粒体功能障碍是核心杀伤机制。

这项研究通过巧妙的表面工程设计，使ZnO NPs获得"精准制导"能力：TEOS赋予的正电荷增强肿瘤细胞吸附，BSA形成的蛋白冠减少非特异性摄取。二者协同实现"减毒增效"——既保留对癌细胞的致命打击（通过ROS风暴和周期阻滞），又大幅降低对正常组织的误伤。特别值得注意的是，ZnOT在保持小尺寸优势(145 nm)的同时获得最佳稳定性，这种"小而强"的特性使其成为理想的药物载体平台。该成果不仅为结直肠癌治疗提供新方案，更开创了金属氧化物纳米颗粒精准医疗的新范式。未来研究可进一步探索这些"纳米特工"在活体内的分布代谢规律，以及与其他抗癌手段的联合应用潜力。