Chem（IF=26）| 福州大学宋继彬团队开发了一种基于镁纳米颗粒的绿色、安全、有效、无创的癌症治疗模式，有巨大的临床应用潜力

金属镁是 H2 癌症治疗的有前景的平台，而可用的 Mg 颗粒的不良直径和形状极大地阻碍了其治疗应用。

2022年7月26日，福州大学宋继彬团队在Chem（IF=26）在线发表题为“Synthesis of magnesium nanoparticle for NIR-II-photoacoustic-imaging-guided synergistic burst-like and H2 cancer therapy”的研究论文，该研究首先报道了 Mg 纳米颗粒的直径和形状控制合成，包括六边形纳米片（~80-320 nm）、纳米花（~100-250 nm）和小纳米颗粒（平均 65 nm）。

作为概念验证，制备了 pH 敏感聚合物涂层的 Mg 纳米花，并将其应用于 NIR（近红外）-II 光声和气泡增强超声成像和癌症治疗。它在肿瘤中不断产生H2，因为酸性肿瘤环境引发了聚合物壳的分解，导致Mg和水发生反应。产生的 H2 气泡不仅会引起短暂的空化和机械破裂的溶酶体，还会扰乱细胞的能量代谢并同时引起高氧化应激，导致癌细胞死亡。因此，这种无药物治疗方法呈现出优异的协同肿瘤抑制作用。

金属镁 (Mg) 由于其高 H2 生成效率、独特的生物安全性和可生物降解性，在生物医学领域的重要应用，如体内植入装置制造、抗炎和 H2 治疗等方面受到越来越多的关注。气泡驱动的镁基微电机直接使用水作为燃料，通过镁和水的反应产生氢气气泡进行运动，有效地消除了化学有毒燃料的使用。H2 不仅用作运动推进剂，而且还发挥治疗作用。

迄今为止，H2 疗法已被证明可以治疗多种疾病，包括恶性肿瘤、中风、动脉粥样硬化、糖尿病和帕金森病等。这是因为 H2 可以选择性清除高细胞毒性氧自由基-羟基自由基（·OH）和过氧亚硝酸根阴离子（ONOO-），打破细胞内氧化还原平衡，诱导肿瘤细胞凋亡，同时保留生理活性氧（ROS）用于正常细胞信号传导。然而，使用 Mg 颗粒进行 H2 癌症治疗仍然具有很高的挑战性，主要是因为可用的 Mg 纳米颗粒 (MgNPs) 的直径和形状不理想。纳米粒子的直径和形状不仅显著影响它们在体内的命运，包括它们在肿瘤中的循环、滞留、积累、细胞摄取和穿透，而且也一直被视为临床应用材料筛选的最重要标准之一。

机械铣削是一种用于加工散装材料的通用制造技术，但它在减小颗粒尺寸方面存在局限性，通常会产生微米级的镁颗粒。另一种方法是孔掩模光刻技术：例如，使用这种策略获得了大约 80、160 和 220 nm 的 Mg 纳米盘。接下来，已经开发了一种电化学策略来从原子成分构建镁纳米结构。通过使用这种电化学还原策略，以四丁基溴化铵为配体制备了 5 nm 的 MgNPs。另一种气体沉积方法也用于制造镁纳米线。

然而，这些方法面临着主要缺点，例如制造复杂性和高成本以及制造良率低，这极大地限制了它们的实际应用。除了上述物理制造方法外，Rieke 在 1970 年代首先开发了无水 Mg 盐（MgCl2、MgBr2 和 Mgl2）的胶体还原，以在萘作为电子载体存在的情况下通过碱金属合成 MgNPs。通过胶体合成方法大规模合成了超小型MgNPs。目前，尚未报道 MgNPs 的直径和形状控制合成。然而，实现MgNPs直径和形状的可控调节是非常需要的，这有利于扩大其应用范围。

在这项研究中，首次报道了一种直径和形状可控的 MgNPs 合成方法，该合成方法包含六边形纳米片（~80-320 nm）、纳米花（NF）（~100-250 nm）和小 NP（平均 65 nm）。由于其独特的花状形态产生了许多热点，大大增强了它们在 NIR（近红外）-II 区域（950-1,700 nm）的吸收，因此 MgNFs 呈现出良好的 NIR-II 光声成像（PAI）信号。事实证明，直径为 100 nm 的球形 NP 在肿瘤部位具有优异的积累率，因此是最常用的药物递送平台之一。

因此，作为概念验证，该研究开发了涂有约 100 nm MgNF (MgNF@PEG /PMMVP)，进一步应用于 NIR-II PAI 和气泡增强超声成像 (USI) 引导的协同肿瘤爆发样和 H2 治疗。MgNF@PEG/PMMVP 表现出良好的酸反应，因为 PEG-b- PMMVP 壳会因 PMMVP 从疏水到亲水转变（pKa = 5.4）的 pH 敏感变化而破裂，导致 MgNF 和水之间发生强烈反应，从而立即产生大量 H2 气泡。在酸性肿瘤环境中，局部产生的 H2 气泡作为 USI 增强剂，极大地增强了 USI 信号。此外，H2 气泡可诱导瞬时空化和机械破裂溶酶体，导致细胞坏死。同时，充足的H2 不仅靶向和破坏线粒体，导致细胞ATP下降，而且诱导高氧化应激，破坏细胞内氧化还原平衡，严重损害细胞DNA并导致细胞凋亡。MgNF@PEG/PMMVP 结合了气泡诱导的肿瘤破裂样和 H2 疗法，具有优越的治疗效果。总体而言，该研究开发了一种基于 MgNFs 的绿色、安全、有效、无创的治疗模式，显示出巨大的临床应用潜力。

转自： iNature

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