Theranostics 综述︱多功能金属有机框架(MOFs)纳米平台用于癌症的单一和联合治疗

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撰文︱杨  洁

责编︱方以一，王思珍

编辑︱杨彬薇

癌症（cancer）是一种高复发率、高病死率和易转移的疾病，是威胁人类健康的最大威胁之一[1]。目前，手术治疗、放疗、化疗仍然是肿瘤治疗的常用策略，但存在精度差、效率低、副作用严重等缺点，严重削弱了对肿瘤的治疗效果。迄今为止，化学动力学治疗、光疗、饥饿治疗、免疫治疗等多种治疗方法因其副作用小、无创、操作简便等优点得到了广泛发展，以满足日益增长的临床治疗需求。然而，在癌症治疗过程中，这些治疗策略仍然面临着严峻的挑战。例如，光动力疗法所使用的光敏剂具有稳定性差、对O₂依赖性高的缺点等。因此，开发智能纳米平台以改善多种癌症治疗方法所存在的问题具有重要意义。

金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs）材料是一类由金属离子/离子簇作为节点，有机功能分子作为配体通过配位键形成的一类多孔有机-无机杂化材料。由于其具有结构有序、组分可调、合成容易、孔隙度可调、功能化容易、载药量高和生物相容性好等特性，已被广泛用于癌症治疗中，以解决不同癌症治疗方法所存在的副作用大和疗效差等缺点。目前，多种基于MOF的多功能智能纳米平台已经被设计和制备出来以满足癌症治疗的不同需求。值得注意的是，MOFs在肿瘤治疗中具有以下明显的优势：1）多种金属离子和有机配体的组合为构建用于癌症治疗的多功能MOFs纳米平台提供了可能；2）MOFs高的孔隙率和大的比表面积保证了治疗剂，如化疗药物、离子、光敏剂、蛋白质、酶、抗原等的高效负载[2]；3）MOFs纳米级的尺寸使得它们能够通过增强的渗透性和保留效应（EPR）被动靶向到肿瘤部位；4）通过配位作用或共价连接作用可以将具有特殊功能的分子，如靶向分子、超分子纳米阀门、生物大分子、聚合物和细胞膜等偶联到MOFs表面，以提高载体的靶向效果、胶体/循环稳定性、生物相容性和刺激响应性。5）微酸的肿瘤微环境能够促进MOFs的降解，实现MOFs载体的有效代谢。基于MOFs的纳米平台在癌症的单一治疗（包括放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗）和联合治疗中展现了良好的应用前景，希望这篇综述能进一步推动MOFs介导的癌症治疗的发展。

2023年1月1日，吉林大学杨洁、杨英威及合作者在医学学术期刊Theranostics上发表了题为“Multifunctional metal-organic framework (MOF)-based nanoplatforms for cancer therapy: from single to combination therapy”的最新综述文章。作者总结概括了近年来基于MOFs的多功能纳米平台在单一治疗（包括放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗）和联合治疗在癌症治疗方面的最新进展和成果，并对基于MOFs的纳米平台在肿瘤治疗中的应用前景和面临的挑战进行了讨论。

一、基于MOFs纳米平台的癌症单一治疗

放疗、化疗、化学动力学治疗、光疗、饥饿治疗和免疫治疗为各种癌症治疗提供了替代策略[3]。但其治疗效果有限、副作用严重、靶向性低，严重降低了肿瘤的治疗效果。尽它们用于癌症治疗取得了一定的成功，但一些新出现的问题必须仔细考虑。与传统的纯有机或无机纳米材料相比，MOFs因其具有比表面积大、孔径可调、成分多样、易合成后改性、在肿瘤微环境中降解性好等特点，成为最有前途的用于癌症治疗的候选材料之一。MOFs可以将各种治疗剂，如药物、酶、蛋白质、光敏剂、光热剂、抗体等输送到靶点，提高肿瘤治疗效率，减少副作用。此外，在MOFs中引入金纳米粒、Fe₃O₄纳米粒、硫化铜纳米粒、聚吡啶纳米粒等功能组分，开发智能多功能纳米平台的策略已被应用于实现癌症精准治疗。其中，表1展示了基于MOFs的纳米平台通过单一治疗（包括放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗）手段对癌症进行治疗的实例。表2展示了基于MOFs的纳米平台通过放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗等手段对癌症进行治疗的特点和机制。

表1 基于MOFs的纳米平台通过单一治疗（包括放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗）手段对癌症进行治疗的实例

（图源：Yang J., et al., Theranostics, 2023）

表2 放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗手段对癌症进行治疗的特点和机制

（图源：Yang J., et al., Theranostics, 2023）

二、基于MOFs纳米平台的癌症联合治疗

尽管基于MOFs纳米平台的单一治疗策略在癌症治疗中取得了积极的治疗效果，但单一疗法的一些内在缺陷仍然不可避免[4]。例如，虽然放疗和化疗能够增强对肿瘤的根除能力，但却面临严重的副作用。与单一治疗方法相比，将两种或两种以上治疗方法整合在一个系统中协同治疗肿瘤，可达到“1+1>2”的累积疗效，并具有药物用量少和副作用小的优势。在临床前和临床研究中，一般联合治疗的疗效优于单一治疗，可以突破单一治疗的局限性。因此，将多种治疗方法整合到一个纳米平台是一个令人兴奋的机会。表3展示了基于MOFs的纳米平台通过联合治疗（包括双模式联合治疗和多模式联合治疗）手段对癌症进行治疗的实例。

表3 基于MOFs的纳米平台通过联合治疗（包括双模式联合治疗和多模式联合治疗）手进行癌症治疗的实例。

（图源：Yang J., et al., Theranostics, 2023）

三、总结与展望

综上所述，该文章全面系统的回顾了近年MOFs纳米平台通过单一治疗（包括放疗、化疗、化学动力学治疗、光动力治疗、光热治疗、饥饿治疗和免疫治疗）和联合治疗（包括双模式治疗和多模式治疗）在癌症治疗方面的最新进展和成果，并对MOFs纳米平台用于癌症治疗的作用机制和潜在优势进行了剖析总结。此外，作者还对基于MOFs的纳米平台在肿瘤治疗中的应用前景和面临的挑战进行了详细讨论。总结来看，基于MOFs的纳米平台可以作为一种潜在的智能纳米材料用于实现癌症的高效治疗。

原文链接：https://www.thno.org/v13p0295.htm

杨洁讲师为该论文的第一作者，杨英威教授为通讯作者。本工作获得了国家自然科学基金青年基金项目和国家自然科学基金面上项目，以及吉林大学白求恩医学部“医学+X”交叉创新团队“揭榜挂帅”建设项目的支持。

第一作者：杨洁（左）；通讯作者：杨英威（右）

（照片提供自：杨英威团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读）

杨英威，吉林大学“唐敖庆学者”卓越教授，吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室教授，博士生导师。主要研究领域为有机超分子化学与材料、有机无机高分子多元杂化材料、贵金属纳米材料、多孔材料、医用复合材料、智能药物递送系统与疾病诊疗。

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参考文献（上下滑动阅读）

[1] Siegel RL, Miller KD, Fuchs HE, Jemal A. Cancer statistics, 2022. Ca-Cancer J Clin. 2022; 72: 7-33.

[2] Yang J, Yang Y-W. Metal–organic frameworks for biomedical applications. Small. 2020; 16: 1906846.

[3] Zhou J, Tian G, Zeng L, Song X, Bian X-W. Nanoscaled metal-organic frameworks for biosensing, imaging, and cancer therapy. Adv Healthcare Mater. 2018; 7: 1800022.

[4] Ren X, Han Y, Xu Y, Liu T, Cui M, Xia L, et al. Diversified strategies based on nanoscale metal-organic frameworks for cancer therapy: The leap from monofunctional to versatile. Coord Chem Rev. 2021; 431: 213676.

本文完