纳米粘土矿物理化性质调控及其肿瘤微环境响应研究

Aimed to comprehensively and scientifically understanding toward the interaction between the physicochemical properties of nanoclay minerals and tumor microenvironment biomarkers. Regulation on physicochemical properties of nanoclay based on the systematic investigation of the tumour microenvironment was proposed, and mainly research on montmorillonite, kaolinite, and halloysite. For liver cancer, gastric cancer cells and other tumor related cells, the permeability and retention effect of nanoclay in the cellular proliferation has been optimized, the interaction and the quantitative relation between nanoclay and tumor microenvironment biomarkers, such as the high expression receptor glycoprotein, high concentration protein hydrolytic enzyme, matrix metalloproteinase, glutathione reductase, has been illuminated. Investigate the balanced relationship on the physicochemical properties, passive targeting, and biosecurity. Reseults of this project will provide a kind of technique for high value processing of minerals and a new idea for the cancer therapy.

项目瞄准纳米粘土矿物理化性质与肿瘤微环境生物标志物相互作用的全面科学认识。基于纳米粘土矿物用于肿瘤治疗的工作基础，提出纳米粘土矿物理化性质调控及其肿瘤微环境响应研究。以蒙脱石、高岭石、埃洛石为研究对象，实现符合肿瘤微环境生物学特征的纳米粘土矿物及其团簇的理化性质调控。针对肝癌细胞、胃癌细胞等典型恶性肿瘤细胞及巨噬细胞、正常肝细胞、正常胃细胞等肿瘤相关细胞，优化纳米粘土矿物在肿瘤细胞增殖过程中的渗透滞留效应，阐明纳米粘土矿物与肿瘤微环境生物标志物如特定肿瘤高表达受体糖蛋白、肿瘤微环境分泌的高浓度蛋白水解酶、基质金属蛋白酶、谷胱甘肽还原酶的相互作用，查明纳米粘土矿物理化性质与肿瘤微环境生物标志物之间的定量关系，建立符合肿瘤微环境的纳米粘土矿物“理化性质-被动靶向-生物安全”平衡。项目成果有望在纳米粘土矿物理化性质调控用于恶性肿瘤治疗方面掌握核心技术，拓展纳米粘土矿物在生物医药领域的应用。

项目提出了黏土矿物材料微纳尺度精细加工、结构构筑和先进制造控制方法，制备了满足抗肿瘤药物缓释要求的黏土矿物自组装微球、短径黏土矿物药物递送载体、酸浸富羟基黏土矿物药物递送载体，考量了载药量、包封率、释放性能和形态等理化指标，探明了黏土矿物结构特性与药物负载-缓释特性的构效关系，阐明了黏土矿物表面电荷对肿瘤细胞摄取效率的影响，发现了肿瘤细胞对黏土矿物的摄取和内吞具有尺寸依赖性和时间依赖性，并基于耐药性膀胱癌肿瘤模型验证了黏土矿物介导被动靶向/物理作用产生的药物递送协同增效功能，提供了黏土矿物精细加工用于肿瘤治疗领域的理论依据。项目的主要创新点与结论如下：.1. 围绕蒙脱石、埃洛石的窄粒径精细加工研究，通过数值模拟、超声破碎、差速离心等技术方法，制备了纳米至微米区间不同粒径分布的黏土矿物基础原料。.2. 围绕生物安全黏土矿物粒径范围的标准体系建立，通过粒径尺寸、形貌结构、离子电荷的生物安全范围考察，克服了黏土矿物资源对于类型、储量、品位等的依赖程度。.3. 围绕黏土矿物-细胞相互作用和理化特征依赖性细胞生物学效应探讨，发现了纳米黏土矿物药物载体的“内吞/外排”主动渗透途径，发现了肿瘤细胞对黏土矿物的摄取和内吞具有尺寸依赖性和时间依赖性。.4. 围绕肿瘤微环境响应型纳米黏土矿物药物递送系统的构建设计，验证了黏土矿物介导被动靶向/物理作用产生的药物递送协同增效功能，发展了集药物靶向运输、活体示踪、药物治疗和预后监测等功能于一体化的天然药物递送系统。.项目研究期间，以第一作者/通讯作者在国际权威期刊发表SCI文章5篇、授权发明专利5项，其中国际专利1项，参与撰写化学工业出版社出版《非金属矿物精细化加工技术》（非金属矿物精细化加工系列丛书）。研究结果说明，通过项目的研究工作，探索建立了符合肿瘤微环境的纳米黏土矿物“理化性质-被动靶向-生物安全”平衡，项目达到并完成了申报书拟定的研究任务和目标。