研究背景

BACKGROUND

癌症是全球主要的死亡原因之一，传统治疗方法如手术、化疗和放疗常伴随严重的副作用，并面临肿瘤异质性和复杂微环境的挑战。精准医学旨在根据个体患者在分子和细胞水平上的疾病特征来定制治疗方案，为改善癌症治疗效果提供了更多的机遇。超分子化学专注于研究通过非共价相互作用形成的分子聚集体，已成为该领域的有力工具。本综述探讨了超分子化学在精准癌症诊疗学中的应用。基于非共价相互作用的超分子化学可以构建独特的分子聚集体，具有低免疫毒性、动态可逆性和模块化结构等优点，适用于精准医学。

基于此，中国医学科学院放射医学研究所黄帆研究员和肖萌研究员合作全面系统地梳理了超分子相互作用的五大类型（氢键、静电、π-π堆积、金属配位、疏水作用），并逐一深入探讨了每种作用力在癌症精准诊疗中的具体应用案例和设计策略，构建了一个清晰的知识框架。综述紧扣“精准”这一核心，详细阐述了超分子体系如何利用其动态可逆和环境响应特性，实现对肿瘤微环境（如pH、酶、氧化还原电位）和细胞器（如线粒体、细胞核）的精准靶向，以及药物的时空可控释放，从而最大限度地提高疗效并降低毒副作用。综述不仅总结了实验室研究，还关注了已进入临床试验或获得FDA批准的超分子纳米药物，并客观分析了超分子体系在临床转化过程中面临的挑战（如稳定性、规模化生产、生物屏障等），为未来的研究方向提供了参考。文章展望部分提出，超分子体系的未来发展需要与人工智能、生物材料工程、微流控、多组学数据库和影像学技术深度融合，以突破现有瓶颈，最终实现从“智能设计”到“普适临床”的跨越，重塑精准医疗的技术范式。

图1: a) PFC-1的扫描电子显微镜图像。插图为多孔框架的示意图。b) HOFs用于协同化学-光动力疗法的机理示意图。c) 在不同浓度的HeLa细胞中，Doxo（蓝色）、Nano-PFC-1（红色）和Doxo@Nano-PFC-1（绿色）的体外细胞毒性。d) HOFs TCPP-1,3-DPP的晶体结构及3D HOFs剥离成1D纳米带的示意图。e) 1D纳米带的原子力显微镜图像。f) 与nr-HOFs@Doxo孵育4小时，并结合660 + 808 nm光照后，A549细胞的共聚焦激光扫描显微镜图像。g) 体外细胞毒性及h) nr-HOFs@Doxo在A549细胞中的协同化学-PDT-PTT治疗效果。i) 氢键键合纳米药物的示意图，显示了HCFU和TTPP的精确共载比例，以及j) 体内pH触发的药物释放，以实现化疗/光动力疗法联合抗肿瘤治疗。

图2: a) 电荷调控基序设计嵌合抗原受体以增强T细胞治疗的示意图。b) 纳米小泡用于增强化疗和克服肿瘤耐药性的机制。c) 基于静电相互作用的可注射水凝胶用于局部药物递送的示意图。

图3: a) 用于近红外荧光成像、正电子发射断层成像和核磁共振成像的多模态成像剂的结构。b) 静脉注射MNPs后荷瘤裸鼠的近红外荧光成像。c) 注射MNPs 24小时后，从荷瘤小鼠分离的主要器官的离体图像。d) 注射⁶⁴Cu@MNPs后荷瘤裸鼠的PET图像。e) 注射前和注射Mn@MNPs后小鼠的体内T1加权轴向MRI图像。f) ⁶⁴Cu@MNPs在血液、肝、脾和肿瘤中生物分布的时间-活度曲线。g) 注射⁶⁴Cu@MNPs 48小时后，⁶⁴Cu@MNPs在主要器官中的定量生物分布。h) 注射Mn@MNPs或DTPA-Gd后，肿瘤部位信噪比的定量分析。

图4: a) P-CyP的化学结构和提出的ALP触发去磷酸化和原位自组装成Pt_IVNPs，随后GSH触发解组装释放顺铂和Cy-COOH的示意图，以及b) 精准癌症疗法的示意图。c) P-CyP与ALP孵育后，再与GSH孵育后的归一化荧光强度。e) 荷HeLa肿瘤小鼠静脉注射P-CyP或Pt_IVNPs后的双光声成像。f) Ru1085的设计、化学结构和性质，其在808 nm激发，发射超过1000 nm，具有化疗、光动力/光热性能。g) 静脉注射Ru1085 NPs后后肢血管的NIR-II荧光图像。h) 808 nm激光照射下肿瘤区域的温度变化。i) 治疗20天内肿瘤模型中的肿瘤抑制效果。

图5: a) 依铂-葫芦[7]脲主客体复合物对结直肠正常细胞和肿瘤细胞作用的示意图。b) 基于依铂-CB[7]复合物的超分子化疗示意图，通过结直肠肿瘤生物标志物竞争性结合，降低依铂对人结直肠正常细胞的细胞毒性并控制其在肿瘤细胞中的释放。c) 基于Naph-α-TCy5和CB[7]的超分子可激活光敏剂设计示意图。d) 笼化光敏剂Naph-α-TCy5-CB[7]被多胺激活的示意图。e) 加入精胺后，Naph-α-TCy5-CB[7]活化过程的紫外-可见吸收光谱变化。f) HepG2和BEAS-2B细胞用Naph-α-TCy5-CB[7]和DCFH-DA染色后的共聚焦图像，用于检测活性氧的产生。g) 不同治疗后小鼠的肿瘤生长曲线。

图6: a) HCPT-FFFK-cyclen的化学结构和HCPT-FFFK-cyclen水凝胶的光学图像，以及HCPT-FFFK-cyclen纳米纤维内化到肿瘤细胞中诱导ATP水解和细胞死亡的示意图。b) 不同制剂孵育后A549细胞中的ATP水平。c) 荷A549肿瘤BALB/c裸鼠的相对肿瘤体积。d) 通过自组装肽纳米纤维共递送达拉非尼和多柔比星用于治疗BRAF V600E突变型分化型甲状腺癌的示意图。e) BCPAP细胞中Dox荧光的检测。f)不同治疗期间荷瘤小鼠的肿瘤体积曲线。

论文以“Recent advances of supramolecular systems in precise cancer theranostics”为题发表在《Supramolecular Materials》上，通讯作者是中国医学科学院放射医学研究所黄帆研究员和肖萌研究员。

参考文献

Recent advances of supramolecular systems in precise cancer theranostics

Le Liu, Fan Huang, Jianfeng Liu, Meng Xiao

Supramolecular Materials 2025, 4, 1000116

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266724052500025X