综述:革命性癌症治疗:氧化石墨烯在现代肿瘤学中的多面角色

【字体: 时间:2025年07月31日 来源:Bioengineering & Translational Medicine 5.7

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  这篇综述系统阐述了氧化石墨烯(GO)在肿瘤治疗中的多重作用机制,其凭借超大比表面积、丰富含氧官能团和优异生物相容性,可作为多功能纳米载体增强化疗药物、基因药物和天然化合物的递送效率,同时具备固有抗肿瘤特性,在协同化疗、靶向治疗、肿瘤监测平台和癌症疫苗开发中展现出巨大潜力。

  

氧化石墨烯(GO)作为新型纳米材料,正在重塑现代肿瘤治疗格局。这种由单层或多层碳原子构成的二维材料,表面富含羟基(-OH)、羧基(-COOH)等活性基团,赋予其独特的物理化学性质和生物学效应。

GO的固有抗肿瘤机制令人瞩目。其锋利边缘可直接破坏肿瘤细胞膜完整性,通过静电相互作用在膜上形成孔隙。更关键的是,GO能上调NOX1/NOX2表达,促进活性氧(ROS)爆发,引发线粒体膜电位崩溃,激活CytC-Bax-Caspase凋亡通路。同时,GO还能干扰溶酶体酸化过程,通过AMPK介导的v-ATPase抑制引发自噬性细胞死亡。在抑制转移方面,GO可结合微管蛋白破坏细胞骨架,下调MMP2/9等基质金属蛋白酶表达,阻断EMT进程。

作为药物载体,GO展现出非凡优势。通过PEI修饰可高效负载siRNA,如siRictor能阻断PI3K/Akt/mTOR信号通路。pH响应型GO-HA-HN1系统在肿瘤微酸性环境中释放阿霉素(DOX),累积释药量达中性环境的3.3倍。双靶向策略更为精准,HA和RGD肽共修饰的GO能同时靶向CD44受体和整合素,显著提高卵巢癌细胞的药物蓄积。针对耐药难题,MnO2修饰的nGO@MH能消耗谷胱甘肽(GSH),保护顺铂(CDDP)不被灭活;而近红外(NIR)响应的GO-PTX系统可抑制P-gp外排泵功能。

GO在肿瘤监测领域大放异彩。基于π-π堆叠效应构建的荧光生物传感器,可检测胃癌miRNA-21等循环标志物,灵敏度达pM级。CRISPR/dCas9功能化的GO电化学平台,对ctDNA的识别率高达96%。在疫苗开发中,β-D-葡聚糖修饰的GO能靶向递送CpG寡核苷酸至抗原呈递细胞(APC),激活TLR9通路促进CD8+T细胞增殖。

尽管前景广阔,GO的临床转化仍面临挑战。Hummers法制备的GO存在批次差异,氧化程度受KMnO4用量、反应温度等多因素影响。冻干工艺可能导致片层不可逆聚集,而粒径小于100nm的GO更易被肝胆清除,但20nm尺寸的GO在体外却引发更强ROS应激。通过PEG化或BSA涂层等表面修饰策略,可显著改善其血液相容性。

未来,随着标准化制备工艺的完善和精准表面工程的发展,GO有望成为整合诊断与治疗的多模式抗肿瘤平台,为突破肿瘤异质性和耐药性提供创新解决方案。

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