自驱动仿生纳米马达促进扩散与对流转运提升胶质母细胞瘤的放射治疗效果
2025年6月30日，中国医学科学院放射医学研究所作为第一完成单位在Journal of the American Chemical Society上发表了题为“Self-propulsion of biomimetic nanomotors promotes diffusion and convection transport for enhanced radiotherapy in solid glioblastoma”的研究成果。
胶质母细胞瘤（GBM）是成人中最常见、增殖最快且恶性程度极高的原发性脑肿瘤。GBM患者的中位生存期较短，平均为15至16个月，5年总体生存率低于5%。目前GBM的临床治疗方案是手术切除为主，辅以放疗（RT）和化疗。手术治疗要求尽可能完全地切除肿瘤组织，但对于高度侵袭性和异质性的GBM而言，这一目标极具挑战性。因此，手术切除后必须进行辅助放化疗。然而，血脑屏障（BBB）的存在限制了化疗药物或放疗增敏剂在脑内的积累，同时GBM内间质压力（IFP）高，细胞外基质致密，造成弱的对流和扩散转运，进一步限制了化疗药物或放疗增敏剂在肿瘤组织中的渗透。为提高治疗效果，亟需开发一种能够穿透BBB、特异性靶向GBM并渗透至GBM中心的递送系统。
具有自推进能力的纳米马达在克服高IFP方面具有显著优势。纳米马达能够将化学能或者外部场能（如光、电、磁和超声）转化为机械能，实现自推进运动。这种自推进运动不依赖浓度梯度和压力差，为在扩散和对流运输困难的实体肿瘤中实现深度递送提供了机会。然而，目前很少有研究关注纳米马达增强扩散和对流的能力。此外，纳米马达的结构对其自推进运动至关重要。对于化学燃料驱动的纳米马达，最常用的结构是Janus结构和带开口的空心结构。目前也尚未有研究比较这两种结构的推进能力。
因此，刘鉴峰研究员团队首先通过有限元多物理场耦合模拟进行计算机模拟，得出在相同条件下，带开口的空心结构纳米马达的推进能力高于Janus纳米马达，并通过实验进一步证实。之后，他们提出了一种简便的策略来制备负载铂纳米簇和葡萄糖氧化酶的带开口的空心结构纳米马达。为了实现BBB渗透和对GBM的级联靶向，在纳米马达表面包裹了由脑转移性乳腺癌细胞膜和免疫细胞膜组成的杂化细胞膜，构建了仿生纳米马达（Bio-motors）。实验结果和理论模拟表明，Bio-motors在葡萄糖和H₂O₂溶液中实现了自推进运动，从而增强了其在逆梯度下的扩散能力和渗透能力。而且，制备的Bio-motors展现出优异的BBB穿透能力、GBM靶向能力和肿瘤渗透能力。铂纳米簇的深层递送缓解了肿瘤中心区域的乏氧环境，提升了放疗敏感性，从而增强了放疗效果并有效抑制了GBM的生长，从而延长了GBM小鼠的中位生存期。
该研究得到国家自然科学基金、天津市自然科学基金、中国博士后科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程等项目的支持。中国医学科学院放射医学研究所博士后王和平为论文第一作者，中国医学科学院放射医学研究所刘鉴峰研究员、南开大学薛雪教授为论文共同通讯作者。
