央廣網(wǎng)深圳8月6日消息（記者黃倩 通訊員馮春）8月5日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱深圳先進(jìn)院）李紅昌團(tuán)隊(duì)、喻學(xué)鋒團(tuán)隊(duì)和李洋團(tuán)隊(duì)等合作的研究成果發(fā)表于納米領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《自然—納米技術(shù)》。研究團(tuán)隊(duì)選取黑磷納米材料為研究對(duì)象，通過(guò)精細(xì)的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)納米材料在細(xì)胞內(nèi)能夠精準(zhǔn)靶向特定生物分子，并獲得獨(dú)特的生物效應(yīng)，藉此提出了以分子細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制為依托的納米精準(zhǔn)分子靶向藥物概念，為納米藥物研發(fā)開辟新路徑。

論文截圖（央廣網(wǎng)發(fā) 深圳先進(jìn)院供圖）

瞄準(zhǔn)細(xì)胞分裂的“納米導(dǎo)彈”

一個(gè)細(xì)胞變?yōu)閮蓚�(gè)細(xì)胞，兩個(gè)細(xì)胞變?yōu)樗膫�(gè)細(xì)胞……人體內(nèi)所有細(xì)胞都是經(jīng)過(guò)這樣的分裂產(chǎn)生的。在正常情況下，人體能夠精準(zhǔn)控制體內(nèi)的細(xì)胞分裂過(guò)程。哪些細(xì)胞應(yīng)該分裂？分裂什么時(shí)候開始？什么時(shí)候結(jié)束？分裂進(jìn)行幾次？這些都需要遵循嚴(yán)格的秩序。然而，當(dāng)癌癥發(fā)生時(shí)，少數(shù)細(xì)胞擺脫了這些規(guī)則的約束，開始無(wú)休止的分裂，最終在本不該發(fā)生細(xì)胞增殖的部位產(chǎn)生大量細(xì)胞聚集，即表現(xiàn)為腫瘤。由于細(xì)胞分裂失控是腫瘤不斷增殖的重要原因，因此減緩甚至抑制細(xì)胞分裂被認(rèn)為是最有效的腫瘤治療策略之一。

黑磷納米材料阻斷細(xì)胞有絲分裂的分子機(jī)制（央廣網(wǎng)發(fā) 深圳先進(jìn)院供圖）

黑磷作為一種由單一磷元素構(gòu)成的新型納米材料，具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和界面特性，在多個(gè)領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。此前，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)黑磷具有較高的生物活性和生物可降解特性，在腫瘤治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具備良好的應(yīng)用潛能。但是，黑磷作為一種無(wú)機(jī)納米材料能否在分子細(xì)胞層面與生命系統(tǒng)產(chǎn)生相互作用尚不得知。在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)黑磷納米材料可以影響細(xì)胞分裂的進(jìn)行，并以此為機(jī)制抑制腫瘤細(xì)胞增殖�；�于這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出了腫瘤精準(zhǔn)靶向“納米磷療”的新概念，為未來(lái)基于黑磷開發(fā)新型腫瘤治療藥物奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

團(tuán)隊(duì)首先使用低濃度黑磷納米材料處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)黑磷導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯在有絲分裂期。隨后，團(tuán)隊(duì)對(duì)這一現(xiàn)象背后的機(jī)理進(jìn)行了深入挖掘，發(fā)現(xiàn)黑磷破壞了細(xì)胞有絲分裂核心機(jī)器——紡錘體的組裝。這一機(jī)制被最終確定為黑磷導(dǎo)致細(xì)胞分裂停滯的直接原因。

“同生物體內(nèi)其它生命過(guò)程一樣，細(xì)胞分裂需要眾多生物分子的參與，其中PLK1激酶是非常關(guān)鍵的分子開關(guān)，其主要功能是控制紡錘體的組裝和運(yùn)行。”李紅昌表示，黑磷進(jìn)入細(xì)胞后，通過(guò)偽裝成PLK1的作用底物，吸引了大量PLK1蛋白與之結(jié)合，并使這些PLK1活性喪失，進(jìn)一步造成紡錘體錯(cuò)誤組裝，最終阻斷了細(xì)胞分裂的正常進(jìn)行。基于這一機(jī)制，黑磷納米材料被賦予了基本的抗腫瘤藥物性質(zhì)。在隨后的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)利用小鼠荷瘤模型，進(jìn)一步證實(shí)了黑磷的確具備優(yōu)異的抗腫瘤效果。

一場(chǎng)學(xué)科交叉的思想碰撞

磷是自然界中普遍存在的一種非金屬元素，也是地球上所有生命形式的重要組成成分。研究磷和生命系統(tǒng)之間的相互作用對(duì)理解生命規(guī)律以及生命進(jìn)化都有重要意義，但是相關(guān)研究工作的開展需要橫跨“材料學(xué)”和“生物學(xué)”兩個(gè)一級(jí)學(xué)科，因此對(duì)研究團(tuán)隊(duì)的學(xué)科背景提出了很高要求。

研究團(tuán)隊(duì)部分成員合影（央廣網(wǎng)發(fā) 深圳先進(jìn)院供圖）

在此次研究過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮了學(xué)科交叉的特色，自發(fā)組成了一支材料學(xué)與生物學(xué)交叉研究隊(duì)伍，成功讓“材料”與“生物”發(fā)生深度融合。如，團(tuán)隊(duì)中的喻學(xué)鋒課題組對(duì)黑磷納米材料進(jìn)行了6年的系統(tǒng)研究，已經(jīng)建立了完整的黑磷基納米材料的制備和應(yīng)用體系，在研究過(guò)程中主要負(fù)責(zé)納米黑磷的制備和性能研究。李紅昌課題組精通細(xì)胞分裂機(jī)制和抗腫瘤藥物研發(fā)，在研究中主導(dǎo)納米黑磷的生物機(jī)制研究。李洋課題組具有豐富的納米生物學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)，在研究過(guò)程中，提供符合研究方向和適用于交叉研究團(tuán)隊(duì)的新思路，起著“思路潤(rùn)滑”的作用。

“在實(shí)際研究過(guò)程中，單個(gè)課題組很難做到‘既懂材料，又通生物’，因此對(duì)類似橫跨多個(gè)學(xué)科的課題，往往難以持續(xù)深入地進(jìn)行，大多研究只能是‘淺嘗輒止’�！崩罴t昌表示，通過(guò)“材料人”和“生物人”之間不停地“思想碰撞”和持續(xù)地“互通有無(wú)”，項(xiàng)目組最終發(fā)現(xiàn)了無(wú)機(jī)單質(zhì)納米磷材料影響細(xì)胞分裂的重要現(xiàn)象，并深入解析了背后的分子細(xì)胞機(jī)制，這是深圳先進(jìn)院堅(jiān)持“學(xué)科交叉”理念和秉承“面向世界科技前沿”導(dǎo)向而產(chǎn)生的又一個(gè)代表性科研成果。