癌癥已成為目前危害人類健康的主要疾病之一。癌癥治療所面臨的挑戰(zhàn)包括藥物利用率低，效果差且易復(fù)發(fā)等問題。據(jù)全球癌癥發(fā)病和死亡預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2020年預(yù)計(jì)全球癌癥發(fā)病1650.5萬人，死亡人數(shù)將達(dá)1036.0萬人，中國2030年癌癥病發(fā)500萬人，死亡人數(shù)將達(dá)386萬人。腫瘤發(fā)病率/死亡率的升高，推動(dòng)中國抗腫瘤藥物市場(chǎng)高速發(fā)展。據(jù)IMS數(shù)據(jù)，2012 ~ 2016年中國抗腫瘤藥物市場(chǎng)由603億元增長(zhǎng)至1109億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為16.5%，預(yù)計(jì)2018年市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)1447億元，未來十年的市場(chǎng)空間依然很大。2020年全球醫(yī)療消費(fèi)將達(dá)1.4萬億美元，環(huán)比2015年復(fù)合增長(zhǎng)率為4% ~ 7%。全球抗腫瘤藥物市場(chǎng)復(fù)合增長(zhǎng)率為6.5%，截至2020年，全球腫瘤藥物花費(fèi)將超過1500億美元，抗腫瘤藥將占有醫(yī)療消費(fèi)11%的市場(chǎng)。

 

癌癥在世界范圍內(nèi)嚴(yán)重威脅人類的生命健康。針對(duì)此問題，深圳大學(xué)張晗教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合深圳市人民醫(yī)院、瑞典卡洛琳斯卡醫(yī)學(xué)院Yihai Cao教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)研發(fā)了近紅外光響應(yīng)的黑磷水凝膠材料，用于抗癌藥物的負(fù)載和可控釋放。黑磷由于具有超越石墨烯的優(yōu)異性能而受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。黑磷具有可調(diào)節(jié)直接帶隙、近紅外光響應(yīng)特性、高光熱轉(zhuǎn)化效率等。黑磷獨(dú)有的生物相容性和可降解性，使其成為優(yōu)秀的智能光響應(yīng)生物醫(yī)藥材料。

 

黑磷用于在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要有三大潛力：藥物載體、光熱療法及光動(dòng)力療法新材料、腫瘤的光聲成像。作為藥物載體，二維黑磷納米片的載藥效率可達(dá)950%，并且藥物通過非化學(xué)鍵吸附到黑磷納米片時(shí)，藥物的活性、靶向性都不受影響，保證了它作為藥物載體的基本要求。黑磷作為藥物載體可用于實(shí)體瘤的治療，如肝癌、乳腺癌、肺癌等。通過納米材料在實(shí)體瘤中的EPR（增強(qiáng)穿透及滯留）效應(yīng)的被動(dòng)靶向以及對(duì)黑磷表面進(jìn)行修飾后的主動(dòng)靶向，可以將藥物精確地運(yùn)送到腫瘤內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)腫瘤的靶向治療。同時(shí)藥物負(fù)載在黑磷納米片中，可有效降低血液中的藥物濃度，降低藥物的副作用。而由于黑磷納米片本身可穿透血腦屏障，它也有望將特定的藥物運(yùn)載到大腦實(shí)質(zhì)，從而在腦部腫瘤的治療中發(fā)揮作用。

 

該團(tuán)隊(duì)采用非接觸式探頭超聲液態(tài)剝離方法，成功制備了高質(zhì)量二維層狀磷烯納米片，并與抗癌藥物一起集成到生物可降解溫敏水凝膠材料中，制備出智能黑磷水凝膠材料。該材料可以通過無創(chuàng)方式注射到體內(nèi)腫瘤組織，在近紅外光的照射下，材料內(nèi)的黑磷能夠產(chǎn)生局部高熱，這些熱量一方面可以用于腫瘤的光熱治療，另一方面也能夠驅(qū)動(dòng)藥物的釋放。釋放藥物的速率可以通過激光的光場(chǎng)強(qiáng)度、照射時(shí)間、黑磷濃度等多種參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)、可控地精確調(diào)控，最終達(dá)到治療腫瘤的效果。術(shù)后該材料自動(dòng)降解為天然無毒產(chǎn)物，可以極大地改善患者的生存質(zhì)量。

 

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、深圳黑磷光電技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室主任張晗教授表示，基于黑磷在生物醫(yī)學(xué)上所具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，結(jié)合先進(jìn)激光技術(shù)，交叉協(xié)調(diào)創(chuàng)新，有望為癌癥患者的治療提供新的思路和視野。該研究的成功臨床轉(zhuǎn)化，將加快人類治愈癌癥的進(jìn)程。

 

本成果以 Novel concept of the smart NIR-light–controlled drug release of black phosphorus nanostructure for cancer therapy 為題于2018年1月2日發(fā)表在PNAS上（DOI: 10.1073/pnas.1714421115）。

 

張晗教授將在第十三屆全國激光技術(shù)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上就該項(xiàng)成果及黑磷在生物光子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用做邀請(qǐng)報(bào)告。

 

論文鏈接：

http://www.pnas.org/content/early/2018/01/01/1714421115.abstract