在抗腫瘤領域，奈米藥物因其靶向性和優異的藥學性被寄予厚望。但目前的奈米藥物大都屬於奈米載體藥物，即如果把藥物整體比作一個膠囊，奈米材料其實只是“殼”。而奈米藥物未來能否上升到“核心藥物”的地位，關鍵在於可否發現具備詳細生物機制和明確成藥機理的奈米材料。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員李紅昌團隊和喻學鋒團隊，以及副研究員李洋團隊等，選取黑磷奈米材料為研究對象，發現奈米材料在細胞內能夠精準靶向特定生物分子，並獲得獨特的生物效應，提出了以分子細胞生物學機制為依託的奈米精準分子靶向藥物概念，為奈米藥物研發開闢了新路徑。相關論文刊登于《自然—奈米技術》。

細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胞分裂被認為是最有效的腫瘤治療策略之一。黑磷作為一種由單一磷元素構成的新型奈米材料，具有獨特的分子結構和界面特性。此前，研究團隊已經發現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學領域具備良好的應用潛能。但是，黑磷作為一種無機奈米材料能否在分子細胞層面與生命系統産生相互作用尚不清楚。

此次，團隊首先使用低濃度黑磷奈米材料處理細胞，發現黑磷導致細胞週期停滯在有絲分裂期。分析發現，原因是黑磷破壞了細胞有絲分裂核心機器——紡錘體的組裝。

“細胞分裂需要眾多生物分子的參與，其中PLK1激酶是非常關鍵的分子開關，其主要功能是控制紡錘體的組裝和運作。”李紅昌表示，黑磷進入細胞後，通過偽裝成PLK1的作用底物，吸引了大量PLK1蛋白與之結合，並使這些PLK1活性喪失，進一步造成紡錘體錯誤組裝，最終阻斷了細胞分裂的正常進行。在隨後的動物實驗中，研究團隊利用小鼠荷瘤模型，進一步證實了黑磷的確具備優異的抗腫瘤效果。

值得注意的是，在此次研究過程中，研究團隊充分發揮了學科交叉的特色，成功讓“材料”與“生物”發生深度融合。喻學鋒課題組對黑磷奈米材料進行了6年的系統研究，已經建立了完整的黑磷基奈米材料的製備和應用體系，在研究過程中主要負責奈米黑磷的製備和性能研究。李紅昌課題組精通細胞分裂機制和抗腫瘤藥物研發，在研究中主導奈米黑磷的生物機制研究。李洋課題組具有豐富的奈米生物學研究經驗，提供了符合研究方向和適用於交叉研究團隊的新思路。

“在實際研究過程中，單個課題組很難做到‘既懂材料，又通生物’，因此類似的多個學科課題往往難以持續深入進行。”李紅昌表示，通過“材料人”和“生物人”之間不停地“思想碰撞”和持續地“互通有無”，項目組最終發現了無機單質奈米磷材料影響細胞分裂的重要現象，並深入解析了背後的分子細胞機制。

記者刁雯蕙