用药物注入的石墨烯基质靶向黑色素瘤细胞

罗马尼亚科学院生物化学研究所的Livia Sima博士和罗马尼亚国家激光、等离子体和辐射物理研究所的Emanuel Axente博士正在开发新的平台，用于筛查转移性黑色素瘤患者的治疗药物组合。他们最近的工作包括研究一种可用于筛选潜在候选药物的方法。利用一种叫做氧化石墨烯的纳米材料和一种叫做基质辅助脉冲激光蒸发的技术，他们能够将抗癌药物困在一层薄膜中，同时保持药物的靶向功效。

黑色素瘤是一种皮肤癌，可蔓延到身体中的其他器官。它通常由过度的阳光曝光引起，并且最常见的是在新痣的外观之后常用于现有痣的变化。在英国，黑色素瘤是第五次常见的癌症，每年诊断患有约16,000人。此外，近几十年的诊断案件数量增加。根据世界卫生组织的说法，每年有132,000例新案件在全球诊断。虽然黑素瘤在老年人中更常见，但它也经常在年轻人中看到。制定黑素瘤的风险因素包括家族史，痣数，皮肤型，头发和眼睛颜色，以及在童年或慢性职业暴露期间的阳光过度曝光的事件。

黑色素瘤是由皮肤中的黑色素细胞发展而来的，这些细胞负责产生黑色素，黑色素是皮肤色素沉着的化学物质，有助于保护身体免受紫外线辐射的伤害。然而，过度暴露在阳光下会损害皮肤细胞的遗传物质(他们的DNA)。这种损伤会导致细胞不受控制地增殖，最终导致癌症。转移性黑色素瘤发生时，起源于皮肤的癌症扩散到身体的其他组织。细胞从原来的肿瘤扩散到周围的组织，然后从这里进入血管。然后，血管就能够将癌细胞运送到身体各处，促进疾病的传播。

黑色素瘤有一系列不同的治疗选择，包括手术，放疗和化学疗法。然而，在某些情况下，化疗可以导致抗性的发展，癌细胞演化以避免化疗药物的致命作用。因此，迫切需要开发新的药物组合，可用作癌症处理工具包的一部分。医生现在倾向于使用个性化方法来治疗癌症，而不是毯子的一个尺寸适合所有的方法。这意味着应为患者提供几种治疗选择，它们可以以最有效的方式使用以防止黑色素瘤的进展。

转移性黑素瘤患者的预后差，治疗方案有限，诊断后6-9个月的平均预后6-9个月。2011年，黑色素瘤治疗中存在重大突破：制定了一种新的免疫疗法治疗，赢得了研究人员诺贝尔奖。注射时，这种处理释放了身体的免疫细胞的制动器，并将它们自由地杀死入侵黑色素瘤细胞。然而，并非所有患者都反应这种治疗，因此仍然需要替代治疗方法。

在英国，黑色素瘤是第五次常见的癌症，每年诊断患有约16,000人，而每年在全球范围内报告132,000个新案件。

新的癌症治疗
罗马尼亚科学院生物化学研究所的Livia Sima博士和罗马尼亚国家激光、等离子体和辐射物理研究所的Emanuel Axente博士正在开发用于转移性黑色素瘤患者的新型治疗药物组合的测试平台。

一些具有黑素瘤的患者在称为BRAF的基因中具有特殊突变，该蛋白质通常参与将细胞信号发送到直接细胞生长。在一些癌症中，该基因突变，导致细胞分裂缺陷。BRAF基因V600E的一个特定突变存在于约60％的黑色素瘤相关肿瘤中。已经有药物可用于BRAF基因中的突变驱动的癌症，包括vemurafenib和dabrafenib。这些药物称为BRAF抑制剂，通常通过干扰BRAF的作用而作用，从而中断细胞增殖的上调。

尽管如此，一些癌细胞还是逃脱了药物而存活了下来。这些幸存的细胞接着继续复制，产生越来越多的细胞，这些细胞能够在这些药物的治疗下存活下来，并导致对治疗产生耐药性的继发性肿瘤。

有一些方法可以使这些耐药细胞对BRAF抑制剂重新敏感。最近的研究表明，表观遗传调节剂，如称为组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂的蛋白质，可以帮助阻止癌细胞的增殖。更重要的是，HDACs能够调节其他蛋白质分子的表达，其中一些帮助癌细胞逃避药物和宿主免疫细胞。通过抑制HDACs的作用，有可能抑制这种免疫抑制作用，并使癌细胞对BRAF抑制剂重新敏感。Sima博士和Axente博士的研究旨在利用现有的抗黑色素瘤药物，并利用它们测试筛选未来候选药物的新技术。

利用癌症对毒品的成瘾
癌细胞可能沉迷于旨在治疗它们的药物。一些黑色素瘤表明特定治疗停止时的症状，包括增长缓慢甚至细胞死亡。

即使将药物掺入石墨烯氧化物基质中并通过激光转移到测试平台上，也使药物活性保持。

Sima博士和Axente博士的目标是建立组合平台，利用从患者身上获得的细胞筛选治疗药物组合。目前需要高度专业化的技术来探索癌细胞与生物材料之间的关系，如可用于药物输送的氧化石墨烯(GO)，以便开发新的癌症治疗方法。研究小组必须克服的第一个挑战是如何将药物送到目标细胞。他们使用氧化石墨烯作为载体，将BRAF抑制剂或HDAC抑制剂递送到黑素瘤细胞。

纳米材料的魔毯
石墨烯氧化物是衍生自石墨的碳基纳米材料，可用于制造可从中释放药物的结构;'药物释放矩阵'。这种有前途的生物材料具有一些独特的性质，使其成为用作药物输送系统的理想选择，包括生物相容性，大表面积和化学稳定性。

研究人员验证了使用激光沉积技术获得的药物注入纳米材料的功能。基质辅助脉冲激光蒸发（枫木）是一种新技术，可用于制造均匀，薄层的纳米材料，例如石墨烯氧化物。它基于脉冲激光沉积的概念，其中高功率激光束瞄准待沉积的材料。它类似于轻轻吹一堆沙子的概念;空气束将沙子从一个单一堆分散到涂层周围表面的薄层中。

Sima博士和Axente博士创造了一种由氧化石墨烯组成的薄涂层，其中包含了现有的药物dabrafenib或trichostatin a。这些药物的设计目的是抑制表达BRAF基因V600E突变的细胞的行为。分别是黑素瘤和HDACs表观遗传酶中最常见的修饰之一。通过这样做，研究人员能够证明，癌细胞暴露在这种含药物的石墨烯涂层中，活性下降。结果表明，石墨烯基质本身并不一定具有细胞毒性，释放的药物仍然对人类黑色素瘤细胞系产生剂量依赖的分子效应。

使用枫木技术成功地固定了含有抗癌药物的石墨烯氧化物纳米材料。即使将药物掺入氧化烯氧化物基质中并通过激光束转移为薄涂层，也使药物活性保持。这种类型的功能平台有可能筛选其他候选药物。如果药物可以安全地固定在纳米材料和癌细胞中，那么暴露于这种药物注入基质，这提供了一种有效的高通量方法，以测试新的抗癌药物的有效性及其组合。

Sima博士和Axente博士未来的工作将包括测试抗癌化合物的协同效应，使用新技术，如组合MAPLE，以及微流控3D模型，这些模型旨在模拟在人类患者肿瘤中发现的复杂细胞间干扰。