施剑林/步文博最新Nat. Nano.:Mg2Si纳米颗粒作为脱氧剂饿死癌细胞
“饿死癌细胞”（cancer-starving therapy）这种概念其实很早以前就有了，但是火起来也就是最近几年的事情。此前，清华大学颜宁教授课题组在Nature上的文章（Nature 2014，510,121–125）首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，初步揭示了其工作机制及相关疾病的致病机理。调控GLUT1实现葡萄糖转运的人工干预有可能通过特异阻断对癌细胞的葡萄糖供应，达到抑制癌细胞生长的目标。浙江大学胡讯课题组在elife上（10.7554/eLife.15691.002）的文章则是在TACE（动脉插管化疗栓塞术）中引入小苏打破坏了乳酸根和氢离子的协同作用，进而隔断了癌细胞的能量来源，实现“饿死癌细胞”的目的。
今天要介绍的这篇文章来自中科院上海硅酸盐研究所施剑林教授课题组与华东师范大学步文博课题组，他们制备了一种可注射的Mg2Si纳米颗粒，这种纳米颗粒在肿瘤细胞的酸性环境中能够释放出硅烷，硅烷与组织溶解氧以及血红蛋白结合的氧迅速反应生成SiO2。这种原位生成的SiO2可以阻塞肿瘤毛细血管，阻碍肿瘤细胞获得氧和养分的供应，达到“饿死癌细胞”的目的。
图1. Mg2Si纳米颗粒作为瘤内脱氧剂实现“饿死癌细胞”的示意图
想法非常简单：肿瘤细胞要快速分裂繁殖需要大量的氧气和养分来作为能量来源，那么如果能够有效阻碍氧气和养分的供应就可以抑制其繁殖，杀死肿瘤细胞。
实现起来有困难：1) 材料的生物相容性好，所以不能有重金属离子；2）必须具备高的脱氧效率，长程脱氧能力以及肿瘤组织特异性; 3) 从操作的角度来讲，必须可注射；4）肿瘤组织可能从其他未损害的血管获得氧气等
图2. Mg2Si纳米颗粒的合成及其形貌表征
图3. pH值响应的脱氧性能
Mg2Si里面的Si4-具有Lewis碱性，对酸性条件非常敏感，保证了SiH4的释放以及脱氧的进行。图3中给出了Mg2Si对pH的响应性，pH从7.4变到6.5时，可以看到溶解氧发生了质的变化，Mg2Si纳米颗粒在酸性条件（刚好契合肿瘤细胞的酸性环境）下表现出很不错的脱氧效率。SEM图片也给出了Mg2Si与溶解氧反应之后形貌的变化。
图4. 体外实验In vitro assessments of the MS NP-mediated deoxygenation for cell starvation.
图5 活体实验 MS NP-mediated tumour-starving therapy in vivo.
从图5h来看，与对照组（直接注射硅烷）相比，实验组（注射Mg2Si NPs）肿瘤生长明显受到了抑制。
图6. Evolutions of MS NPs during the cancer-starving therapy in vivo.
Si的降解（图a）比Mg比起来要缓慢很多，进而能够起到长程脱氧的目的。有趣的是，即便6天后形成的SiO2 microsheet最后会慢慢降解成硅酸，肿瘤组织依然保持着严重的供氧不足。
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施剑林老师课题组链接：http://www.skl.sic.cas.cn/yjly/swyy/sjl/gk/
步文博老师课题组链接：http://people.ucas.ac.cn/~buwenbo
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