Advanced Materials | 为适应性强的纳米动力疾病治疗和治疗学定制先进的金属基纳米药物
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详细介绍

先进金属基纳米材料(MBN)代表了纳米医学领域的动态前沿,为下一代诊断和治疗提供了多功能平台。其可调节结构以及催化、光学和磁性特性使得多种纳米动力疗法(NDTs)成为可能,包括光动力学、化学动力学、声动力学、热力学、压电、放射力学和磁力学等多种方式。除了成熟的肿瘤消融外,MBNs 还具有强效的抗菌和抗病毒活性,通过生成活性氧、免疫调节和破坏生物膜来发挥作用。金属有机框架、金属-酚类网络和二维金属纳米片的最新发展,扩展了精准药物递送、影像引导治疗和生物响应释放策略的工具箱。本综合综述重点介绍了新兴 MBN 平台的结构设计原则、治疗机制及多样化的生物医学应用,强调协同治疗策略及其在克服缺氧、多重耐药性和免疫抑制中的作用。尽管前景看好,临床转化仍受长期生物安全、生物降解和可扩展制造等未解决的问题阻碍。未来工作预计将聚焦于优化药代动力学的智能纳米结构,将多模态成像与实时治疗反馈相结合,并确保符合法规要求。材料科学、生物学和医学交叉领域的持续创新,对于将基于 MBN 的系统转变为肿瘤学、传染病控制和个性化医疗的临床可行工具至关重要。


金属基纳米药物正以前所未有的方式重塑现代医学的面貌。凭借其可精准调控的物理化学特性和多模态协同治疗优势,这类材料在肿瘤、感染性疾病等重大疾病诊疗领域展现出巨大潜力。从经典的金、银、铁基纳米颗粒,到结构精巧的金属有机框架、金属酚醛网络及二维金属纳米片,材料设计的不断创新正在推动纳米动力治疗从概念走向临床。


在肿瘤治疗领域,金属基纳米材料通过响应肿瘤微环境,在无需外部刺激或借助光、声、磁等外场作用下,即可催化产生活性氧物种,实现化学动力治疗。其中,以铁、铜等过渡金属为基础的纳米催化剂,可通过类芬顿反应将肿瘤内源性过氧化氢转化为高毒性的羟基自由基,选择性诱导肿瘤细胞氧化应激死亡。与此同时,光动力治疗、声动力治疗等策略则通过外部能量激发,突破传统治疗的组织穿透限制,实现对深部肿瘤的有效杀伤。尤其值得关注的是,压电动力治疗与磁动力治疗等新兴模式,利用机械能或磁场驱动电子-空穴分离,在缺氧条件下仍可持续产生活性氧,为克服肿瘤微环境限制提供了创新解决方案。


在抗感染领域,金属基纳米材料凭借其广谱抗菌抗病毒活性,为应对日益严峻的耐药性问题提供了新途径。银、铜、锌等金属纳米颗粒可通过破坏微生物膜结构、干扰代谢通路及诱导氧化应激等多重机制,高效杀灭细菌与病毒。尤其是通过光热与光动力效应的协同,可在特定光照下实现病原体的快速灭活,且不易诱发耐药。金属有机框架与金属酚醛网络等新材料,更以其优异的载药与控释性能,在智能疫苗递送与感染局部治疗中展现出独特价值。


诊疗一体化是金属基纳米药物发展的另一核心方向。这些材料不仅具备良好生物相容性与催化活性,其固有的磁学、光学特性也使其成为优异的成像探针。例如超顺磁性氧化铁纳米颗粒可用于高灵敏度磁共振成像,金纳米颗粒则因其表面等离子体共振效应,在光声成像与光热治疗中表现卓越。通过将诊断与治疗功能集成于单一纳米平台,可实现病灶的精确定位、治疗过程的实时监控与疗效的动态评估,真正迈向精准医疗。


尽管前景广阔,金属基纳米药物的临床转化仍面临诸多挑战。材料的长期生物安全性、体内代谢途径、靶向递送效率及规模化制备工艺等问题亟待深入探索。未来研究需聚焦于智能响应型纳米结构的设计,通过优化药代动力学、整合多模态成像与实时治疗反馈,推动材料向临床可行工具转化。随着材料科学、生物学与医学的深度交叉融合,金属基纳米药物有望在肿瘤学、感染性疾病防控及个性化医疗中发挥更关键的作用,最终为人类健康带来突破性贡献。


参考消息:

DOI: 10.1002/adma.202513609


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