趙媛媛，殷婷婕，霍美蓉，周建平

（中國(guó)藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009）

·新技術(shù)·新方法·
NEW TECHNOLOGY AND NEW METHOD

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯作為新型藥物載體材料在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用研究

趙媛媛，殷婷婕，霍美蓉*，周建平**

（中國(guó)藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009）

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯因具有水溶性好、比表面積大、載藥量高以及易于修飾等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域尤其在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用研究發(fā)展迅速。綜述石墨烯及氧化石墨烯作為新型藥物載體材料所具有的特性和生物安全性、表面修飾方式以及在腫瘤靶向遞藥系統(tǒng)中的應(yīng)用，為其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供新方法和新思路。

石墨烯；氧化石墨烯；表面修飾；藥物載體；腫瘤靶向遞藥；安全性

眾所周知，癌癥（腫瘤）已經(jīng)成為威脅人類生命健康的世界性問(wèn)題，而藥物化學(xué)治療是目前臨床治療腫瘤的主要方法之一。但傳統(tǒng)化療藥物不可避免的存在著專一性差、全身毒副作用大等弊端，所以尋找具有靶向性的高效新型藥物遞送系統(tǒng)成為是腫瘤治療領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。石墨烯（graphene）及其衍生物作為一種新型無(wú)機(jī)載體材料，由于擁有載藥量高、易于修飾等特性，近年來(lái)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到極大關(guān)注，尤其在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用研究備受關(guān)注。

1 石墨烯及其衍生物

石墨烯屬于富勒烯，是由碳原子以sp2方式雜化而成的具有二維（2D）蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)的納米材料[1]，其厚度僅為0.335 nm，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最薄的納米材料[2]。自2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Andre Geim和Konstantin Novoselov教授通過(guò)微機(jī)械剝離法從石墨中剝離出石墨烯以來(lái)，因具有獨(dú)特且優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，石墨烯在能源材料[3]、電子傳感器[4]、生物醫(yī)學(xué)[5]等領(lǐng)域的應(yīng)用研究備受關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊，而這兩位科學(xué)家也因此獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)[6]。近幾年石墨烯在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究發(fā)展迅速，而研究較多的通常為石墨烯的衍生物——氧化石墨烯（graphene oxide, GO）。GO是石墨烯的氧化產(chǎn)物，含有大量的羥基、羧基和環(huán)氧基團(tuán)[7-8]，這些含氧活性基團(tuán)的引入不僅使其擁有良好的水溶性和穩(wěn)定性，而且可使GO更易于修飾而具有功能化作用。除此之外，GO兩面均具有芳香結(jié)構(gòu)，且比表面積較大（2 600 m2·g-1），可通過(guò)π-π共軛、氫鍵和疏水效應(yīng)等非共價(jià)鍵與單鏈DNA和RNA以及芳香類藥物分子如阿霉素（doxorubicin, DOX）、喜樹(shù)堿（camptothecin, CPT）及其衍生物等結(jié)合，理論負(fù)載量高達(dá)200 %[9-10]。2008年Dai課題組首次報(bào)道了利用強(qiáng)親水性分子聚乙二醇（PEG）對(duì)GO進(jìn)行功能化修飾，得到的新型藥物載體在生理溶液中穩(wěn)定性及分散性均良好，且通過(guò)非共價(jià)物理吸附難溶性抗腫瘤藥物喜樹(shù)堿衍生物SN38，制備出GO-PEG-SN38復(fù)合物，用于結(jié)腸癌的治療研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GO-PEG-SN38不僅載藥量增加了，且有良好的抗腫瘤活性[11]。此后，GO被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

2 石墨烯及其衍生物的生物安全性

將石墨烯應(yīng)用于臨床，需要進(jìn)行廣泛的體外和體內(nèi)研究，而其生物相容性和毒性可通過(guò)細(xì)胞和動(dòng)物模型予以考察及評(píng)價(jià)。研究表明，增強(qiáng)石墨烯的水分散性或水溶性，可提高其生物相容性。相對(duì)于石墨烯本身，GO富含的羧基、羥基、環(huán)氧基等含氧活性基團(tuán)都會(huì)增強(qiáng)其水溶性，表明GO的安全性要高于石墨烯，但仍可能存在一定的細(xì)胞毒性[12]。Chang等[13]利用非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞，通過(guò)體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)，對(duì)GO的毒性進(jìn)行了系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，GO不會(huì)進(jìn)入到A549細(xì)胞內(nèi)，因此它不會(huì)有明顯毒性；但GO會(huì)引起細(xì)胞的劑量依賴性氧化應(yīng)激，所以它在高濃度（200 mg·L-1）時(shí)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生存能力略有降低。姜英虹所在課題組采用連續(xù)7 d尾靜脈注射不同濃度GO的方法，評(píng)價(jià)GO對(duì)SD雄性大鼠的亞急性毒理學(xué)作用，結(jié)果表明，GO具有較好的生物安全性，在試驗(yàn)時(shí)間和劑量范圍（每周2次，2.5～10 mg·kg-1） 內(nèi)，GO對(duì)機(jī)體的影響不大[14]。這些結(jié)果可為GO在生物醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，也提示高濃度GO的細(xì)胞毒性極大地限制了其臨床應(yīng)用。

采用親水性高分子材料修飾GO，是進(jìn)一步提高GO安全性的有效途徑。An等[15]用明膠修飾GO，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，明膠修飾可使石墨烯在水或各種生理溶液中保持良好的分散性和穩(wěn)定性；且細(xì)胞毒性試驗(yàn)考察了A549細(xì)胞與明膠修飾的GO共孵育24 h和48 h后的相對(duì)存活率，結(jié)果顯示，明膠修飾的GO在0～300 mg·L-1濃度下幾乎無(wú)毒性，是一個(gè)安全、良好的載體。Miao等[16]對(duì)比了膽甾醇透明質(zhì)酸（CHA）修飾前后的GO的安全性，細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，10 mg·L-1的GO經(jīng)CHA修飾前后所致細(xì)胞存活率分別為80.0%和89.0%，且在0～40 mg·L-1濃度范圍內(nèi)，GO經(jīng)CHA修飾后所致細(xì)胞存活率均高于其修飾前，說(shuō)明GO經(jīng)CHA修飾后安全性提高。Song等[17]以透明質(zhì)酸（HA）修飾GO，結(jié)果，細(xì)胞毒性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所得HA-GO復(fù)合物與人肝癌細(xì)胞HepG2和腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞（RBMEC）共孵育24 h后，受試細(xì)胞幾乎未顯現(xiàn)毒性反應(yīng)；即便HA-GO在最高濃度100 mg·L-1下，受試細(xì)胞的相對(duì)存活率仍可保持在90 %以上，HA-GO表現(xiàn)出極佳的安全性。

3 石墨烯及其衍生物的表面修飾

盡管石墨烯及其衍生物GO易分散于水中，但在高鹽高蛋白溶液（如磷酸鹽緩沖溶液、細(xì)胞培養(yǎng)液、血清等）中容易聚集，這可能是因?yàn)辂}溶液對(duì)石墨烯的電荷屏蔽效應(yīng)以及石墨烯對(duì)蛋白類物質(zhì)的特異性吸附作用所導(dǎo)致[18]。除此之外，石墨烯和GO在體內(nèi)并不具有靶向性等各種功能化作用，因此可以利用石墨烯的特性對(duì)其進(jìn)行共價(jià)和非共價(jià)修飾，以改善其生理穩(wěn)定性，并賦予其靶向性等新功能。

3.1 共價(jià)修飾

鑒于GO含有豐富的活性基團(tuán)，如羧基、環(huán)氧基和羥基等，故可與多種親水性大分子通過(guò)共價(jià)鍵連接，從而改善其穩(wěn)定性、水溶性，并獲得多功能化。GO的親核取代反應(yīng)主要利用了環(huán)氧基團(tuán)連接氨基。Shan等[19]利用GO表面的環(huán)氧基與聚賴氨酸（PLL）上的氨基共價(jià)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GO的功能化修飾。Wang等[20]采用溶劑熱法，將GO與烯丙基胺共價(jià)結(jié)合，以增強(qiáng)GO的親水性。不過(guò)，目前文獻(xiàn)報(bào)道的對(duì)GO的共價(jià)修飾，主要是利用GO的羧基與PEG[11]、殼聚糖（CS）[21]、聚醚酰亞胺（PEI）[22]、聚乙烯醇（PVA）[23]、聚異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）[24]、兩親性聚合物[25]等共價(jià)結(jié)合，從而提高GO的生物相容性，并賦予其新功能。因此，人們?yōu)榱颂岣逩O的羧基含量，常對(duì)GO進(jìn)行羧基化處理，以便于GO的進(jìn)一步功能化修飾。Wen等[26]通過(guò)強(qiáng)堿性環(huán)境下在GO水溶液中加入氯乙酸，促使GO上部分羥基轉(zhuǎn)化為羧基，提高GO的羧基含量，從而使GO能提供更多的可修飾基團(tuán)。Zhang等[27]也采用相同方法，達(dá)到增加GO羧基含量的目的。

賦予載體靶向性，將藥物特異性遞送到腫瘤組織，并在腫瘤組織蓄積，可提高藥物的抗腫瘤效率。目前，提高藥物載體靶向性的常用方法是將特異性配體和載體結(jié)合，從而使載體能識(shí)別腫瘤細(xì)胞表面的特異性受體，實(shí)現(xiàn)載體對(duì)腫瘤的靶向性。靶向配體如葉酸（FA）、HA等，都可用于修飾GO而制備靶向遞藥系統(tǒng)。如，Zhang等[27]將FA共價(jià)結(jié)合于GO的羧基，制得靶向遞藥載體FA-GO，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A-GO不僅可在D-Hanks緩沖溶液中穩(wěn)定分散長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，而且可靶向結(jié)合到FA受體過(guò)度表達(dá)的人乳腺癌細(xì)胞MCF-7上；細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)表明，將DOX和CPT通過(guò)π-π共軛共同結(jié)合到FA-GO上而制得的靶向遞藥系統(tǒng)，可特異性與MCF-7細(xì)胞結(jié)合，細(xì)胞毒性明顯增強(qiáng)。近年來(lái)，有研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞表面存在HA特定受體，其中對(duì)CD44的研究最為廣泛、深入，因此，人們利用HA及其衍生物能與腫瘤細(xì)胞表面HA受體專一性結(jié)合的特性，通過(guò)受體-配體機(jī)制，實(shí)現(xiàn)HA修飾的藥物載體的靶向遞送[28-29]。Wu等[30]以己二酸二酰肼作為連接臂，將HA和GO相連，合成了最終載體GO-HA聚合物，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了載有DOX的GO-HA（GO-HA/DOX）可通過(guò)受體介導(dǎo)的胞吞作用而將藥物靶向遞送至腫瘤細(xì)胞中：選取CD44過(guò)度表達(dá)的人宮頸癌HeLa細(xì)胞和正常組織L929細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果，與GO-HA/DOX共孵育后，HeLa細(xì)胞組可觀察到強(qiáng)烈的紅色熒光，但L929細(xì)胞組幾乎無(wú)熒光，表明GO-HA/DOX靶向性好，可被腫瘤細(xì)胞特異性攝取，抗腫瘤效果增強(qiáng)。此外，該載體穩(wěn)定性、水溶性較好，且安全性良好，對(duì)HeLa和L929細(xì)胞幾乎無(wú)毒性。

3.2 非共價(jià)修飾

除共價(jià)修飾外，還可利用高分子或生物大分子通過(guò)范德華力、氫鍵、靜電相互作用、疏水作用和π-π共軛等非共價(jià)修飾石墨烯及GO。GO的非共價(jià)修飾方法包括包裹聚合物、吸附表面活性劑或大分子物質(zhì)以及與卟啉類化合物或生物分子（DNA和肽類）的交互作用等。Robinson等[31]分別用PEG共價(jià)修飾GO以及用PEG化磷脂非共價(jià)吸附還原型GO（rGO），并對(duì)兩種修飾方法進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種修飾方法均能提高GO的生物相容性，但非共價(jià)修飾產(chǎn)物磷脂-PEG-rGO的穩(wěn)定性更好，近紅外（NIR）吸收能力是共價(jià)修飾產(chǎn)物PEG-GO的6倍，其再連接靶向肽類Arg-Gly-Asp（RGD），則可選擇性地被惡性膠質(zhì)瘤U87MG細(xì)胞攝取。Feng等[32]利用GO表面帶有的負(fù)電荷，通過(guò)靜電吸附帶有正電荷的PEI聚合物，實(shí)現(xiàn)對(duì)GO的非共價(jià)修飾。實(shí)驗(yàn)顯示，此非共價(jià)修飾所得GO-PEI可降低細(xì)胞毒性，并提高GO在生理溶液中的穩(wěn)定性。

非共價(jià)修飾同樣可賦予GO靶向性。Depan等[33]報(bào)道了一種新穎的藥物靶向遞送系統(tǒng)，即將帶正電的FA連接到殼聚糖（CHI）上，然后再用于包裹GO，得到CHI-FA-GO納米載體，這種FA非共價(jià)修飾的載體可負(fù)載超高劑量的DOX，而且具有生物靶向能力，可通過(guò)靶向作用于多種腫瘤細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)的FA受體而識(shí)別腫瘤細(xì)胞。Yang等[34]將GO通過(guò)π-π共軛而連接DOX和金剛烷卟啉，金剛烷卟啉再作為連接臂通過(guò)主客體相互作用而連接FA修飾的β-環(huán)糊精（FA-CD），最終構(gòu)建了一個(gè)納米超分子。該超分子作為納米載體，可將DOX特異性遞送至富含F(xiàn)A受體的惡性細(xì)胞，從而增強(qiáng)藥物活性。Miao等[16]同樣利用HA的靶向性，將CHA覆蓋在GO表面，合成了新型靶向載體CHAGO。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CHA-GO不僅提高了GO在生理?xiàng)l件下的穩(wěn)定性，也提高了其體內(nèi)安全性，且DOX載量是GO的4倍；而且，過(guò)度表達(dá)CD44受體的口腔表皮樣癌KB細(xì)胞對(duì)CHA-GO/DOX的攝取量遠(yuǎn)高于對(duì)GO/ DOX，說(shuō)明CHA-GO/DOX的靶向性更好，可顯著增強(qiáng)抗腫瘤效果。

由于GO具有大π共軛結(jié)構(gòu)、豐富的缺陷位點(diǎn)以及大量的可修飾基團(tuán)，多種無(wú)機(jī)納米粒子，如金、銀、鈀、鉑、鎳、銅等金屬納米粒以及二氧化鈦、氧化鋅、二氧化錳、四氧化三鈷和四氧化三鐵等金屬氧化物納米粒，都可用于修飾GO，實(shí)現(xiàn)GO的多功能化。Yang等[35]采用簡(jiǎn)單有效的化學(xué)沉淀法合成了GO和四氧化三鐵的超順磁性納米粒子混合物（GO-Fe3O4），其中Fe3O4的負(fù)載率（質(zhì)量比）可高達(dá)18.6 %。實(shí)驗(yàn)顯示，作為藥物載體，GO-Fe3O4在水中分散性良好，對(duì)DOX的負(fù)載率高達(dá)1 080 mg·g-1，且載藥后其可在外磁場(chǎng)下有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)，也能在酸性條件下聚集，而堿性條件下重新穩(wěn)定分散。GO-Fe3O4的這些特性賦予了其作為載體控制藥物遞送和釋放的能力。Chen等[36]通過(guò)原位還原法將銀納米粒負(fù)載于GO上，再載藥，制得的遞藥系統(tǒng)可通過(guò)表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）-熒光結(jié)合光譜檢測(cè)，觀察到其中藥物的胞內(nèi)釋放行為，故能用于癌細(xì)胞內(nèi)的藥物輸送和成像。

石墨烯及其衍生物GO的非共價(jià)修飾雖然應(yīng)用廣泛，但因修飾物的連接強(qiáng)度相比于共價(jià)修飾較弱，且容易受到外界環(huán)境的干擾，因此整個(gè)體系穩(wěn)定性偏差。

4 石墨烯及其衍生物在腫瘤治療中的應(yīng)用

4.1 用于遞送化學(xué)藥物

石墨烯及其衍生物可通過(guò)π-π共軛、氫鍵和疏水效應(yīng)等非共價(jià)相互作用來(lái)負(fù)載芳香型藥物分子，常用的抗腫瘤模型藥物為DOX和CPT及其衍生物。

DOX是目前臨床常用的蒽環(huán)類抗惡性腫瘤藥，具有抗瘤譜廣、療效好的優(yōu)勢(shì)，廣泛用于治療血液惡性腫瘤以及乳腺癌等實(shí)體瘤[37]。Yang等[38]研究發(fā)現(xiàn)，DOX的蒽環(huán)和GO的苯環(huán)可以通過(guò)強(qiáng)烈的π-π共軛連接，且DOX上的羥基和氨基還可與GO的羥基和羧基形成氫鍵，因此負(fù)載效果較好。GO通過(guò)非共價(jià)鍵負(fù)載DOX的方法簡(jiǎn)單，僅需將二者放入水中混合攪拌過(guò)夜并輔助超聲，GO對(duì)DOX的負(fù)載量即可達(dá)2 350 mg·g-1，遠(yuǎn)高于一般納米材料載體。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，GO-DOX在不同pH下的釋放動(dòng)力學(xué)行為差異很大，其在酸性環(huán)境下更易釋放。Wang等[39]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，GO負(fù)載和釋放DOX，具有較強(qiáng)的pH依賴性，其在偏酸性環(huán)境下，對(duì)DOX的負(fù)載量相較在中性環(huán)境中差，但對(duì)DOX的釋放速度明顯快于在中性條件下。由于腫瘤細(xì)胞微環(huán)境呈偏酸性（pH＜6），故用GO作為藥物載體，可促進(jìn)其中DOX在腫瘤細(xì)胞中釋放。可見(jiàn)，釋藥時(shí)的pH依賴性使得GO非常適合用作DOX載體，用于腫瘤治療，也為石墨烯載藥的控釋設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。Wu等[40]研究了反應(yīng)時(shí)間、pH、載體/藥物配比以及溫度對(duì)GO負(fù)載DOX性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GO負(fù)載DOX時(shí)的吸附反應(yīng)在前10 min非常迅速，吸附量迅即可達(dá)912.17 mg·g-1，這是由于GO的單層結(jié)構(gòu)可驅(qū)使DOX迅速吸附到GO的活性部位，但隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，這種驅(qū)動(dòng)力減小，GO的活性部位也逐漸減少，因此吸附反應(yīng)變慢，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；而且，隨著環(huán)境pH的升高，GO的吸附能力增強(qiáng)，這是因?yàn)樵谳^高pH條件下，GO帶有更多的負(fù)電荷，更容易和帶有正電荷的DOX產(chǎn)生庫(kù)侖引力；此外，在較高pH條件下，DOX的親水性和溶解性降低，導(dǎo)致其不易從GO中釋放；當(dāng)GO的質(zhì)量濃度在0.25～0.5 g·L-1范圍時(shí)，其低質(zhì)量濃度下的載藥量會(huì)激增，但隨著質(zhì)量濃度增大，其載藥量不再明顯增加，這可能是因?yàn)镚O在高濃度下會(huì)部分聚集，導(dǎo)致其用于吸附的有效表面積減??；而反應(yīng)溫度升高則可致GO對(duì)DOX的吸附量增大，這可能是因?yàn)楦邷叵翯O的惰性部位變活潑，說(shuō)明吸附過(guò)程是吸熱自發(fā)過(guò)程；最終，采用最優(yōu)的反應(yīng)時(shí)間、溫度、pH和載體/藥物配比，致使GO對(duì)DOX的最大吸附量達(dá)1 428.57 mg·g-1，且吸附等溫線數(shù)據(jù)符合Langmuir模型。另外，Chen等[36]提出又一種GO負(fù)載DOX的方法，即使用還原敏感型連接臂連接DOX和GO，并負(fù)載于銀納米粒。由此獲得的給藥體系利用二硫鍵（—SS—）直接將DOX連接到GO的表面，具有還原敏感性，而由于腫瘤細(xì)胞中谷胱甘肽（GSH）濃度遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞，在這種強(qiáng)還原性環(huán)境中二硫鍵易斷裂，從而促進(jìn)該給藥體系能在腫瘤細(xì)胞中釋放藥物；此外，該給藥體系不僅采用共價(jià)鍵負(fù)載藥物，且藥物釋放對(duì)GSH敏感，這樣可使給藥體系在腫瘤部位減少GO多功能化后所形成的表面擴(kuò)散屏障，促進(jìn)藥物釋放。

CPT是對(duì)消化道腫瘤、白血病、膀胱癌等有顯著療效的抗腫瘤藥物，但水溶性差、血漿蛋白結(jié)合率高，極大地限制了其臨床應(yīng)用[41]。而將CPT吸附在GO上，則可以解決這些問(wèn)題。Kavitha等[42]合成了聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺（PVCL）共價(jià)修飾的GO（GO-PVCL），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其可通過(guò)π-π共軛和疏水作用而高效負(fù)載CPT，且在生理溶液中穩(wěn)定性較好，又無(wú)毒，安全性良好，但載藥后對(duì)細(xì)胞的毒性明顯增強(qiáng)；用作藥物載體時(shí)，其另一優(yōu)勢(shì)是，釋藥行為對(duì)溫度和pH敏感，可實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向給藥。Bao等[21]通過(guò)酰胺鍵連接GO和CS，得到的載體GO-CS擁有良好的水溶性和生物相容性，并可高效負(fù)載CPT，由此制得的遞藥系統(tǒng)GO-CSCPT和游離CPT相比，對(duì)HepG2和HeLa細(xì)胞株的細(xì)胞毒性明顯增強(qiáng)。隨著抗腫瘤藥物傳遞系統(tǒng)研究的深入，Zhang課題組創(chuàng)新性地將DOX和CPT通過(guò)π-π共軛及疏水效應(yīng)同時(shí)吸附到GO上，實(shí)驗(yàn)證明，由此制得的多藥傳遞系統(tǒng)相較于單藥傳遞系統(tǒng)，對(duì)MCF-7細(xì)胞的毒性更加顯著[27]。

4.2 用于遞送基因藥物

基因療法（gene therapy）是用于基因相關(guān)疾病的最有前景的治療手段，但其發(fā)展一直受阻，這是因?yàn)槁懵兜幕蛑委熕幬锶菀妆缓嗣附到猓?xì)胞靶向能力差，且自身負(fù)電荷會(huì)與帶有負(fù)電荷的細(xì)胞膜互相排斥，導(dǎo)致其細(xì)胞內(nèi)吞和內(nèi)涵體逃逸能力差，這些都會(huì)降低基因治療藥物的療效[43-44]。因此，保證基因療法療效的重要手段是尋找能高效和安全負(fù)載基因治療藥物的載體。GO可經(jīng)PEI、殼聚糖等連接修飾，再通過(guò)π-π共軛、靜電相互作用以及分子間相互作用來(lái)負(fù)載基因治療藥物，不僅能降低藥物細(xì)胞毒性，而且當(dāng)修飾后的GO載體中氮原子與所載基因藥物分子中磷酸基團(tuán)的摩爾比（N/P）達(dá)到一定的合適值時(shí)，該遞藥系統(tǒng)具有很高的轉(zhuǎn)染效率，說(shuō)明修飾后的GO是一個(gè)理想的基因載體。

Yang等[45]使用PEG和FA修飾的GO遞送人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（hTERT）基因siRNA，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PEG修飾的GO可有效提高GO在生理溶液中的穩(wěn)定性，而同時(shí)修飾在GO表面的1-芘甲胺鹽酸鹽則能協(xié)助GO共同吸附siRNA；由此得到的基因遞送系統(tǒng)可將siRNA靶向遞送至HeLa細(xì)胞，有效降低細(xì)胞中目標(biāo)mRNA和蛋白的表達(dá)水平。Bao等[21]利用CS修飾GO，得到的GO-CS不僅可負(fù)載CPT，也可負(fù)載質(zhì)粒DNA（pDNA），并壓縮成穩(wěn)定的納米復(fù)合物GO-CS/pDNA，當(dāng)該納米粒中N/P達(dá)到某一特定值時(shí)，其對(duì)HeLa細(xì)胞有良好的轉(zhuǎn)染效率。Kim等[46]用低相對(duì)分子質(zhì)量的支鏈聚乙烯亞胺（BPEI）作為連接臂連接親水的PEG和rGO，再負(fù)載pDNA，構(gòu)建了一種穩(wěn)定的光熱控釋基因納米復(fù)合物系統(tǒng)PEG-BPEI-rGO。體外基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PEG-BPEI-rGO對(duì)PC-3和NIH/3T3細(xì)胞有著較高的基因轉(zhuǎn)染效率以及較低的細(xì)胞毒性，且經(jīng)NIR光照射可提高其轉(zhuǎn)染效率。Zhang等[22]在負(fù)載基因的基礎(chǔ)上對(duì)GO進(jìn)行了基因和化學(xué)藥物的共載研究，首先將PEI通過(guò)酰胺鍵連接到GO表面，得到穩(wěn)定的PEI-GO載體，然后再同時(shí)負(fù)載siRNA和DOX，并作用于HeLa細(xì)胞。結(jié)果表明，該低毒性的PEI-GO載藥系統(tǒng)在最佳N/P值時(shí)所載siRNA具有很高的轉(zhuǎn)染效率，可有效降低細(xì)胞中Bcl-2蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步增強(qiáng)了DOX對(duì)細(xì)胞的殺傷作用，療效顯著提高，實(shí)現(xiàn)了基因療法與化療藥物的協(xié)同治療。

4.3 用于光線療法

化療和放療用于腫瘤治療的不足之處在于，也會(huì)對(duì)正常細(xì)胞和器官產(chǎn)生毒副作用。而光線療法則可通過(guò)特定的光輻射來(lái)摧毀腫瘤細(xì)胞，能克服化療和放療的這些缺陷。光線療法包括光熱療法（PTT）和光動(dòng)力療法（PDT）[47]。

GO用于對(duì)腫瘤的PTT，是利用了其對(duì)NIR的光吸收性，其在腫瘤細(xì)胞內(nèi)經(jīng)NIR激光照射而發(fā)生光熱轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的超高熱可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞熱損傷并凋亡[48]。Yang等[49-50]在小鼠腫瘤模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，PEG修飾后的納米石墨烯（NGS）在體內(nèi)腫瘤中經(jīng)低功耗的NIR激光（2 W·cm-2）照射，有超高的光吸收，并產(chǎn)生明顯的光熱治療效果；超小型GO（R-GO）經(jīng)PEG的表面非共價(jià)修飾后，可顯著增強(qiáng)其對(duì)體內(nèi)腫瘤的光熱治療效果，說(shuō)明PEG修飾后的R-GO對(duì)NIR的光吸收增大，且對(duì)腫瘤的被動(dòng)靶向性提高，展現(xiàn)出對(duì)腫瘤的優(yōu)異的體內(nèi)光熱治療功效。Markovic等[51]對(duì)比了體外NIR光激發(fā)的GO和碳納米管（CNT）的光熱光譜分析及光熱抗癌活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同的NIR光（808 nm, 2 W·cm-2）照射下，聚維酮（PVP）修飾的GO相較于CNTs，盡管對(duì)NIR的光吸收能力較低，但能產(chǎn)生更多的熱量。Wang等[52]制備了一種CS修飾的rGO凝膠CGN，實(shí)驗(yàn)顯示，CGN不僅對(duì)DOX具有超高的負(fù)載能力，并在NIR光誘導(dǎo)下能產(chǎn)生37～42 ℃的熱效應(yīng)；而且，在NIR光（808 nm）照射下，DOX可從DOX-CGN中快速釋放。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)則顯示，在NIR光照射下，DOXCGN的細(xì)胞毒性明顯強(qiáng)于無(wú)照射組，這是因?yàn)镹IR光照射會(huì)導(dǎo)致溫度升高，促進(jìn)DOX-CGN中藥物釋放。

和PTT不同，PDT是依靠光敏分子在合適的光線照射下產(chǎn)生的活性氧簇（ROS）來(lái)殺死腫瘤細(xì)胞。Dong等[53]首次將GO運(yùn)用于PDT研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將常用的光敏分子酞氰化鋅（ZnPc）通過(guò)π-π共軛和疏水作用力連接到GO-PEG表面，得到的GO-PEG-ZnPc在氙光照射下，對(duì)腫瘤細(xì)胞有明顯的毒性。Miao等[54]則報(bào)道，將一種PEG修飾后的GO（pGO）作為光敏劑二氫卟吩E6（Ce6）和DOX的協(xié)同載體，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，pGO的安全性高于GO，且同時(shí)負(fù)載Ce6和DOX所制得的Ce6/Dox/pGO可顯著增強(qiáng)PDT對(duì)腫瘤的療效，發(fā)揮化療與PDT的協(xié)同抗腫瘤作用。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

近年來(lái)，由于石墨烯及其衍生物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及化學(xué)特性，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用空間，特別是作為載體在腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，其相關(guān)研究也日趨活躍。近年來(lái)的研究表明，石墨烯及其衍生物GO具有超高的載藥能力，負(fù)載藥物的方式簡(jiǎn)單，而且可通過(guò)共價(jià)和非共價(jià)修飾賦予其多功能化和特定的生物活性，提高其生物相容性和生理穩(wěn)定性，并降低毒性。因此，石墨烯及其衍生物在遞藥系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力巨大。然而，目前石墨烯及其衍生物在遞藥系統(tǒng)中的應(yīng)用研究仍存在一定局限性和亟待探索的問(wèn)題，如石墨烯及其衍生物可負(fù)載的藥物目前所報(bào)道的大多為小分子藥物，而對(duì)用于大分子或蛋白類藥物的靶向遞送研究卻甚少；而且，石墨烯及其衍生物作為藥物載體最重要的問(wèn)題仍是安全性，雖然研究表明，石墨烯是毒性較低的物質(zhì)，但高濃度下會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生存能力略有損失。不過(guò)，功能化修飾的石墨烯及其衍生物能顯著提高其生物相容性和靶向性，故而是日后遞藥系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。且今后對(duì)石墨烯及其衍生物用作藥物載體的研究應(yīng)拓展到蛋白等生物大分子藥物的靶向遞送。

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Research Advances in the Application of Graphene and Its Derivative, Graphene Oxide, as New Drug Carrier Materials in the Field of Tumor Treatment

ZHAO Yuanyuan, YIN Tingjie, HUO Meirong, ZHOU Jianping ( State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

The application of graphene and its derivative, graphene oxide(GO), in bio-medical feld, especially in the feld of tumor treatment, has been developed rapidly in recent years, owing to their good solubility in water, large specifc surface area, high drug-loading capacity and easy modifcation.The properties, biological safety and surface modifcation of graphene and GO as well as their application in tumor-targeted drug delivery system as new drug carrier materials were reviewed so as to provide new method and new thinking for the research on their application in bio-medical feld.

graphene; graphene oxide; surface modifcation; drug carrier; tumor-targeted drug delivery; safety

O613.71; R73-36

A

1001-5094（2015）01-0032-08

接受日期：2014-11-09

項(xiàng)目資助：國(guó)家自然科學(xué)基金（No.81102397）; 江蘇省自然科學(xué)基金（No.BK2012761）; 江蘇省青藍(lán)工程-中青年學(xué)術(shù)帶頭人培養(yǎng)項(xiàng)目（No.02432009）; 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（No.JKPZ2013004）; 天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（No.JKGQ201107）

*通訊作者：霍美蓉，副教授;

研究方向：藥物新型給藥系統(tǒng);

Tel：025-83271102； E-mail：huomeirongcpu@163.com

**通訊作者：周建平，教授;

研究方向： 藥物新型給藥系統(tǒng);

Tel：025-83271102； E-mail：zhoujpcpu@126.com