基于铂的自驱动磁性氧化铁雅努斯纳米电机，由PCL和PHEMA接枝共聚物制备，具有物理化学特性、运动性及类过氧化物酶活性

执行任务的微型机器

化疗药物常常在体内广泛分布，损伤健康组织的同时仍难以抵达实体瘤的深处。本研究探索了一种新型“纳米电机”——一种显微级的自驱动颗粒，既能寻找并攻击癌细胞，又能通过MRI扫描向医生显示其行踪。这些双重功能颗粒被设计为在肿瘤的恶劣环境中游动，携带强效药物，并在行进过程中产生有用的化学反应。

设计双面雅努斯纳米电机

研究人员构建了特殊颗粒，称为雅努斯纳米电机，以罗马双面神雅努斯命名。每个纳米电机具有一个磁性的氧化铁核，对磁场有响应并在T2加权MRI图像上表现为变暗，另一侧覆盖铂金属帽，充当微小的化学发动机。在核心周围，他们连接了一层由两种常用于医学的可降解高分子制成的柔性壳体，形成了多柔稳的多柔稳承载体以装载化疗药物多柔柔（doxorubicin）。他们还在表面添加了叶酸分子，作为向表达大量叶酸受体的癌细胞（尤其是某些脑肿瘤细胞）发出的定向信号。

纳米电机如何运动并释放其货物

在体内，肿瘤通常比健康组织更酸性且过氧化氢含量更高。纳米电机的铂侧利用这一化学环境，将过氧化氢分解为水和氧气小泡。随着气泡在颗粒表面生成并逸出，它们像显微火箭一样推动颗粒前进。在实验室测试中，加入更多的过氧化氢使纳米电机运动更快，而类似肿瘤的酸性条件则进一步提高了其速度。与此同时，包覆的聚合物壳体缓慢释放多柔柔，释放速率在较低pH值和较高温度下更快，模拟了肿瘤酸性和轻度热疗条件。即便在这些条件下，药物释放仍保持可控而非爆发式，限制了不必要的外泄。

观察并测量它们对细胞的影响

由于核心含有氧化铁，纳米电机可作为MRI对比剂。在简单的水样模型测试中，含有这些颗粒的样品在T2加权信号上较纯水表现出明显变暗，证实了其用于影像引导治疗的潜力。研究团队还检查了纳米电机与细胞的相互作用。富含叶酸受体的肿瘤性胶质瘤细胞比正常神经胶质细胞摄取了显著更多带有叶酸修饰的纳米电机，这一点通过铁含量测定和特异性染色得以证明。在毒性测试中，载药的纳米电机比等量游离药物对肿瘤细胞的杀伤更为有效，同时对正常细胞的影响仍在可接受范围内。血液相容性实验显示在较宽浓度范围内对红细胞的损伤极低，提示这些颗粒有望安全进入血液循环。

在肿瘤内表现出类酶行为

除运动和药物递送外，纳米电机还表现出简单酶的行为。氧化铁和铂都已知具有类过氧化物酶活性，这种酶利用过氧化氢驱动化学反应。研究人员表明，他们的复合雅努斯结构在过氧化氢存在下显著加速了将无色测试分子转化为有色产物的反应速率，即使在类似实体瘤的过氧化氢水平下也能观察到。这种类过氧化物酶活性原则上可以帮助生成更多活性物质，进一步压迫癌细胞或重塑肿瘤微环境，为化疗药物之外提供第二重攻击手段。

对癌症治疗的前景与下一步

总体而言，这项工作提出了一种紧凑的双发动机纳米电机，将靶向药物递送、MRI可视化、在肿瘤类条件下的自驱动能力以及类酶化学整合到单一平台中。对未来患者而言，此类颗粒可被输注入血液，通过MRI引导和追踪到肿瘤位置，然后主动游动、穿透并在癌灶深处缓慢释放其货物。尽管仍有关键问题需要解答——例如这些纳米电机在活体动物中的行为、在体内的持久性以及如何安全清除——该研究标志着朝向更智能、自主的癌症治疗迈出了重要一步，这类治疗能够在体内同时诊断和消灭疾病。

引用: Nikfar, B., Soleymani, M., Shirvalilou, S. et al. Self-propelled platinum based magnetite Janus nanomotors prepared from PCL and PHEMA graft copolymer with physicochemical properties motility and peroxidase-like activity. Sci Rep 16, 12852 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41746-2

关键词: 纳米电机, 靶向化疗, 磁共振成像对比剂, 胶质瘤, 纳米医学