用于检测和杀死肿瘤细胞的多功能金属纳米蘑菇与纳米线

抗癌战中的新工具

研究人员制备了看起来像坐在细线上的小蘑菇状金属结构，这些“纳米蘑菇”既能发光又能杀死肿瘤细胞。这种双重功能意味着它们可以帮助医生更清晰地看到癌细胞，然后用温和的光将其摧毁，提供了一种更精确的攻击肿瘤而尽量保护健康组织的方法。

由金属构成的微小蘑菇

这项工作的核心是由金和银制成的纳米材料，这两种金属已在医学成像和治疗中得到应用。研究团队使用聚焦电子束在银-金纳米线上生长出蘑菇形的金-银合金顶帽。在电子束作用下，银原子变得可迁移并从纳米线流向生长中的顶帽，类似于营养物质滋养真实蘑菇的顶部。结果是一根线被许多伞状金属帽装饰，每个帽子的尺寸仅为数十亿分之一米，具有用于连接靶向分子和与光相互作用的大表面积。

在温和光照下成为明亮的灯塔

这些纳米蘑菇纳米线在光激发下天然会发光，这一特性称为光致发光。研究者发现，被密集纳米蘑菇覆盖的纳米线显示出强烈的带绿调的荧光，而没有蘑菇帽的裸线几乎不发光。精确测量表明，增加纳米蘑菇的数量会提高光吸收、亮度以及将吸收光转化为发光的效率。这种行为源于金-银合金中电子对光的响应方式，产生局域表面等离激元，将能量困在金属表面附近，从而增强了亮度和电导性。

通过肿瘤喜爱的维生素来寻找肿瘤细胞

为了使纳米蘑菇靶向癌细胞，团队用叶酸（一种维生素B形式）对其进行了包覆，某些肿瘤细胞会大量摄取叶酸。许多癌细胞表面携带额外的叶酸受体，而正常细胞较少。当用叶酸包覆的纳米蘑菇纳米线与卵巢癌细胞混合时，它们紧密聚集在肿瘤细胞表面并附着，如冷冻电子显微镜和荧光成像所示。相比之下，它们几乎不附着于正常细胞，且加入游离叶酸会阻断这种结合，证实了靶向依赖于叶酸受体系统。

将光转化为局部热量以杀死癌细胞

由于纳米蘑菇纳米线具有良好的导电性并能在表面聚集光，它们可以高效地将光转化为热。模拟和测量显示，与普通纳米线相比，用大量纳米蘑菇修饰的纳米线在广泛波长范围内大幅增强了光吸收和光热转换，这些波长与常见光源使用的类似。在细胞实验中，载有叶酸包覆纳米蘑菇纳米线的卵巢癌细胞暴露于温和的LED光照下。尽管整体液体温度仅升至接近体温，但纳米蘑菇位于细胞膜处的局部升温足以使细胞破裂，产生明显的细胞死亡迹象，而正常细胞在很大程度上受到了保护。

了解热量如何快速战胜细胞防御

通常，癌细胞通过产生称为热休克蛋白的保护性分子来应对热应激，这些分子能帮助它们在轻微热胁迫下存活，并可能削弱常规光热疗法。在本研究中，基因检测显示这些保护性蛋白确实上调，但对细胞的损伤发生得如此迅速且局部，以至于修复系统跟不上。通过比较用增强或抑制热休克反应的药物处理的细胞，研究人员得出结论：这种超快、高度聚焦的加热使细胞死亡的倾向增强，即便在通常防御机制活跃时也是如此。

兼具手电筒与手术刀的双重工具

总体而言，研究表明，置于纳米线上的金属纳米蘑菇既可作为明亮的标记又可作为微小的加热器，它们会寻找渴求叶酸的肿瘤细胞，用荧光将其标出，然后在相对温和的光照下将其破坏。对外行人而言，这些结构就像显微的手电筒和手术刀合二为一，提供了一种同时观察和治疗癌细胞的方法，同时限制对健康组织的损害。

引用: Qi, Y., Qiu, H., Dai, H. et al. Multifunctional metallic nanomushrooms on nanowires for detecting and killing tumor cells. Commun Mater 7, 125 (2026). https://doi.org/10.1038/s43246-026-01125-w

关键词: 纳米材料, 光热疗法, 癌症靶向, 纳米颗粒, 生物成像