深圳大学&高丽大学Coord. Chem. Rev.: 除石墨烯以外新兴二维材料在纳米药物递送应用中的最新进展

【引言】

目前，癌症是威胁人类生命的首要杀手！据统计，每年新增癌症病例超过1800万例。随着癌症治疗手段的不断进步，癌症的致死率相比数十年前有着大幅减小。在传统的癌症治疗中，外科手术治疗，放射治疗和化学治疗是被广泛接受的最为有效的治疗手段。传统疗法也面临很多的挑战，例如，最为常见的化学治疗具有药物使用效率低，严重的副作用等不可避免的问题。纳米载体药物递送（Drug Delivery System，DDS）是指将化疗药物负载到纳米材料上，从而实现化疗药物的靶向精确递送。在80年代，就有科学家提出利用基于脂质体或是聚合物蛋白的纳米药物载体用于癌症化疗药物的递送。到1990年代，该设想逐渐成熟并投入临床使用，极大地提高了化学治疗的效果同时降低了癌症化疗过程中的副作用。纳米载药递送系统高载药率，优异的靶向性等特点也很好的满足了近年来不断提升的癌症治疗精确化，个性化治疗的需求。

近年来兴起的二维材料（2D materials）是指超薄纳米晶体，平面尺寸>100nm，而厚度方向仅有单个或者多个原子层厚度。二维材料具有超大比表面积，丰富的表面缺陷位点等独特的性质。它们所具有的独特的物理化学性质很好的满足了纳米药物载体的应用需求。第一，二维材料具有庞大的家族，例如，石墨烯，氧化石墨烯，过渡金属硫族化合物（TMDs）,VA族半导体（黑磷，锑烯等），过渡金属碳化物（MXene）等等。 丰富的二维材料体系为各种纳米生物应用提供丰富的选择；第二，二维材料优异的物理化学特性为纳米药物递送应用提供保证，例如，得益于二维材料超高的比表面积，二维材料基纳米载体往往表现出高载药率；第三，二维材料实验室制备过程简单，易于大规模生产。例如，液相剥离制备二维材料具有易于规模化生产并且能够满足纳米载药的使用要求的特征。

【成果简介】

近日，深圳大学张晗教授，王迎威博士，联合韩国高丽大学Jong Seung Kim和Sung-Gil Chi教授综述了近年来基于除石墨烯外新兴二维材料基纳米药物递送体系的最新进展。该综述文章主要介绍了基本的二维材料制备方法，表面功能化基本策略，刺激药物释放策略，纳米载体的主要生物应用（治疗药物递送，基因递送，成像剂递送，多药物递送诊疗一体化等），以及二维材料药物载体生物安全性问题。最后通过总结目前的最新工作进展，针对目前仍面临的问题和挑战，对二维材料基纳米药物递送前景作出展望。该成果以题为“Emerging 2D material-based nanocarrier for cancer therapy beyond graphene”发表在Coordination Chemistry Reviews上。

【图文导读】

Figure 1.二维材料基纳米药物载体递送概述。

Figure 2.新型二维材料晶体结构及形貌特征。

Figure 3. 自上而下（Top-down）的二维材料制备策略

Figure 4. 自下而上（Bottom-up）的二维材料制备策略

Figure 5. 二维材料基纳米载药体系被动靶向策略

Figure 6. 二维材料基纳米载药体系主动靶向策略

Figure 7. TMDs基纳米治疗药物递送应用。

Figure 8. 黑磷基纳米治疗药物递送应用。

Figure 9. 黑磷及硼烯纳米治疗药物递送应用

Figure 10. 二维材料基基因递送应用。

Figure 11. 生物成像探针递送应用。

Figure 12. 多药物递送诊疗一体化应用。

Figure 13. 酸性pH响应的药物释放策略。

Figure 14. GSH响应的药物释放策略。

Figure 15. 酶响应的药物释放策略。

Figure 16. 其他因素触发药物释放策略。

Figure 17. 二维材料生物安全性。

Figure 18. 二维材料基纳米药物递送体系机制。

【小结】

作为新兴的材料体系，二维材料为纳米药物递送等生物应用提供了许多新的机会。诚如前文所述，二维材料纳米载药的最新进展例如多策略联合治疗，诊疗一体化设计等也为更叫高效的癌症治疗带来新的希望。同时，这一新兴的领域仍然由大量的开放的问题和挑战层出不穷。未来需要更多的深入的，系统的，跨学科的联合研究进一步推动这一新领域发展乃至临床应用实现。该文章针对二维材料基纳米药物递送应用领域，提供了及时的，系统的最新进展的综述，并对二维材料制备策略，二维材料纳米载药策略，药物释放策略，纳米载药应用等做了广泛概述。最后，展望了该领域发展前景和发展方向。这一综述论文，对纳米载药应用发展和纳米生物应用具有重要的意义。

Yingwei Wang, Meng Qiu, Miae Won, Eugeine Jung, Taojian Fan, Ni Xie, Sung-Gil Chi, Han Zhang, Jong Seung Kim. Coordination Chemistry Reviews, 400, (2019) 213041.

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