武汉大学张先正、周庞虎：乌贼墨有望用于治疗癌症

来源：高分子科学前沿

乌贼墨是由墨囊中的分泌腺合成，在墨囊中储存，遇敌时喷出，用于躲避敌害。乌贼墨中含有强烈抑制小鼠癌症肿瘤生长的纳米颗粒。该纳米颗粒主要由黑色素、氨基酸、单糖、金属和其他化合物组成。研究人员表明，纳米粒子可以改变肿瘤的免疫功能，当与辐射结合时，几乎可以完全抑制肿瘤的生长。

武汉大学人民医院周庞虎和武汉大学化学系张先正领导的研究团队从乌贼墨中提取天然纳米粒子，发现其能够有效抑制肿瘤生长，相关论文以“Nanoparticles from Cuttlefish InkInhibit Tumor Growth by Synergizing Immunotherapy and Photothermal Therapy”为题，发表在《ACS Nano》。

 “我们发现乌贼墨中的天然纳米粒子具有良好的生物相容性，同时可以有效地实现肿瘤免疫治疗和光热治疗”。张先正介绍说：“这一发现可能会激发人们进一步探索自然界中的材料，并用于医疗。”

（左）墨鱼。（右）比较不同处理16天后的肿瘤大小，包括墨鱼墨水纳米颗粒（CINP）和CINP+近红外光照射。

肿瘤免疫疗法涉及通过刺激身体自身的免疫系统来对抗癌症。一种策略是针对白细胞。巨噬细胞是一种位于组织内的白血球，根据不同的表型，分为M1型即传统型巨噬细胞(classical activatedmacrophage)和M2型即选择性活化的巨噬细胞(altemativdy activated macrophage)。M1型巨噬细胞通过吞噬作用和活化T细胞（其他白细胞）破坏肿瘤细胞。而M2表型巨噬细胞示免疫的叛徒，会促进肿瘤发展。几乎在所有的肿瘤环境中，M2型的表达总是超过M1型。

最近，研究人员一直致力于开发可以将protumor M2巨噬细胞转化为抗肿瘤M1巨噬细胞的小分子和抗体。同时，他们正在设计纳米粒子，例如光热剂，当暴露于辐射时，通过热消融局部破坏癌细胞。这些药剂可以整合到合成的纳米颗粒中，然后给患者服用。然而，缺点是这些合成纳米颗粒非常昂贵并且需要复杂的制备过程。

在确认了这些纳米颗粒的生物相容性之后，研究人员进行了几项实验，包括体外肿瘤细胞实验和体内肿瘤小鼠实验。在体外实验中，研究人员发现用近红外辐射照射纳米颗粒可杀死大约90%的肿瘤细胞。在没有辐射的情况下，纳米颗粒几乎没有细胞毒性。研究人员解释说，纳米粒子中高黑色素含量在辐照过程中起着关键作用，因为黑色素具有固有的良好光热转换能力。

在小鼠实验中，单独使用纳米颗粒治疗和联合辐照光热治疗都是有效的，但是辐照进一步改善了治疗的效果。生物发光成像结果显示，与对照组相比，治疗组小鼠的肿瘤生物发光显著降低，表明体内肿瘤转移大大减少。联合纳米颗粒和光热治疗，几乎可以完全抑制小鼠体内的肿瘤生长。

通过基因分析，研究人员确定了194个参与免疫功能差异表达的基因，这些基因和炎症反应、杀伤细胞的调节有关。通过治疗，这些基因的表达，或被上调，或被下调。通过分析发现一个特定的信号通路负责M2巨噬细胞向M1巨噬细胞的转化。这一机制不仅可以吞噬肿瘤细胞，而且刺激免疫系统产生各种抗肿瘤因子，这些因子都在抑制肿瘤生长中发挥作用。

在未来，研究人员计划探索其他具有抗癌特性的天然材料。“我们的研究团队目前正在研究头发、墨鱼墨水、细菌、真菌，甚至人体细胞等天然材料作为治疗药物载体的潜力，”张先正说。我们希望通过从自然中汲取灵感，并利用其自身的特点，找到一些有价值的研究，为临床疾病的治疗提供新的有效解决方案。”

参考资料：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b02993

https://phys.org/news/2019-07-cuttlefish-ink-cancer-treatment.html