中科院纳米生物效应与安全性重点实验室（国家纳米科学中心和中国科学院高能物理研究所共建）的赵宇亮、陈春英等科研人员的实验研究工作与IBM周如鸿研究员的理论模拟相结合，在肿瘤高效低毒纳米药物的研究方面，取得重要的进展(PNAS, 109, 15431, 2012)。这是继2010年和2011年后，该研究组在《美国国家科学院院刊》发表的又一研究成果。

该研究组在2004年发现，原来设计为新一代MRI医学造影剂的含Gd金属富勒烯具有高效抑制肿瘤生长的功能。通过表面化学修饰，研究人员得到了几乎没有毒副作用的Gd@C₈₂(OH)₂₂。它不杀死肿瘤细胞，而是通过调节肿瘤细胞周围的微环境(改善肿瘤细胞生长的“土壤”)，把肿瘤细胞“监禁”起来。通过近9年的动物实验和细胞实验研究发现，这种新的方法，不仅抑制肿瘤生长，也高效抑制肿瘤转移。

进一步的动物实验和分子动力学模拟研究发现，Gd@C₈₂(OH)₂₂纳米药物与靶分子的相互作用过程与药物设计的经典理论不同，Gd@C₈₂(OH)₂₂纳米颗粒并不作用于靶分子基质金属蛋白酶(MMP)的活性位点。Gd@C₈₂(OH)₂₂分子首先自身通过氢键相互作用形成棒状排列的纳米颗粒，然后通过纳米颗粒扩散运动接近靶分子的疏水区域，产生非特异性的疏水相互作用，而这只是一个过渡态。最终纳米颗粒和靶分子MMP之间通过氢键作用和疏水作用形成特异性结合。这种特异性结合区域在MMP的疏水区域，而不是传统的活性位点。

该研究结果第一次提出的新型纳米药物的设计有可能超越经典的理论和传统的思路：在传统的“锁眼”以外，靶分子可以为纳米颗粒(而非传统的“分子”)药物提供更为广阔的结合区域。这大大拓展了设计新型药物的可能性。

目前全世界在纳米药物领域的研究主要用纳米颗粒作为载体载带现有的药物，而把Gd@C₈₂(OH)₂₂纳米颗粒直接作为肿瘤治疗药物(不需要载带传统药物)，到目前为止还是第一次。该实验室通过近9年的系统研究，已经完成8个肿瘤模型的动物实验。除了深入开展该研究中的抑制肿瘤新机制外，2012年高能所已建成一条中试生产线，并正在推进临床前研究的相关工作。

 

图：新型纳米药物的设计有可能超越经典的理论和传统的思路：在传统的“锁眼”以外，靶分子可以为纳米颗粒（而非传统的“分子”）药物提供有更为广阔的结合区域。这大大拓展了设计新型药物的可能性。