許多納米藥物通常是被動藥物載體系統，很少考慮納米材料本身對細胞、組織、器官和系統的預期作用的內在貢獻。然而，這忽略了現實，因為這些反應性表面和超小型納米材料與細胞中許多功能性生物分子具有相同的尺度范圍。盡管納米材料直接、主動地發揮了許多生物學效應，但某種納米材料是否可以像許多常用的小分子藥物一樣，針對特定的細胞器甚至特定的生物分子引發特定的細胞效應，目前仍是未知數。
在這方面，深入了解納米材料在分子和細胞水平上誘導的細胞內信號調制對于其潛在的納米醫學應用至關重要。另一方面，了解納米-生物相互作用可能會產生意想不到的結果，從而為提供更安全、更有效的納米技術和納米醫學帶來新的機遇。
細胞周期和細胞死亡是癌癥納米藥物開發的標志性目標。然而，我們對直接涉及細胞周期和細胞死亡的任何納米生物相互作用知之甚少，因為許多癌癥納米藥物誘導細胞死亡的大多數手段都是通過使用經批準的癌癥藥物來實現的。
那么，納米材料本身能否可以通過對中心體及其相關生物學的特定影響，對真核生命最基本的機制（細胞周期）產生非常深遠和直接的影響。如果這是真的，那么在與細胞的任何生物納米技術相互作用中都不應忽視納米生物學方面。
鑒于此，中國科學院深圳先進技術研究院李紅昌、喻學鋒、李洋等人展示了黑磷(BP) 納米材料能直接影響細胞周期的中心體機制，這確定了納米材料在細胞周期中與中心體調節機制的直接相互作用，這意味著在未來的生物醫學應用中具有廣闊的潛力抗癌治療。成果發表在Nature Nanotechnology上。
研究發現，BP 通過減弱中心粒周物質（PCM）的內聚力來破壞有絲分裂中心體的穩定性，從而導致有絲分裂中的中心體斷裂。結果，BP 處理的細胞表現出多極紡錘體和有絲分裂延遲，并最終發生細胞凋亡。從機制上講，BP 通過使中心體激酶 polo 樣激酶 1 (PLK1) 失活來破壞中心體的完整性。BP 直接與 PLK1 結合，誘導其聚集，降低其胞質流動性并最終限制其募集到中心體進行激活。
圖|BPNS 治療導致有絲分裂延遲和異常紡錘體形成
體外實驗觀察到在各種類型的癌細胞中 BPNS 治療后細胞活力降低。但有趣的是，BP 納米材料對正常細胞的生長抑制作用似乎與細胞增殖率無關。與癌細胞相反，所有三種測試的非癌細胞系（HUVECs、RPE-1 細胞和極化的THP-1 巨噬細胞）無論是高增長率還是低增長率都對 BPNS 治療表現出更高的抵抗力，表明 BPNS 更傾向殺死癌細胞。
此外，即使表面有電暈蛋白，BPNS 仍然有能力與 PLK1 蛋白結合，在細胞中產生破壞性作用。通過上述機制，BP納米材料在腫瘤異種移植小鼠中表現出優異的抗腫瘤作用。
圖|說明 BP 分子抗癌活性的模型
總的來說，該研究揭示了 BP 納米材料的獨特生物學機制，并表明它們作為直接細胞抑制/細胞毒性抗腫瘤劑的潛力。另一方面，這項研究也凸顯了探索每種納米材料的分子生物學機制的巨大醫學價值，這將根據其獨特的納米生物效應指導未來的納米醫學發展。
參考文獻：
Shao, X., Ding, Z., Zhou, W. et al. Intrinsic bioactivity of black phosphorus nanomaterials on mitotic centrosome destabilization through suppression of PLK1 kinase. Nat. Nanotechnol. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41565-021-00952-x
