标准的化学疗法可以有效地杀死癌细胞，但它们也会对健康细胞构成重大风险，导致继发性疾病和患者生活质量下降。为了防止以前不可避免的损害，宾夕法尼亚州立大学领导的研究人员开发了一类新型纳米材料，旨在在化疗药物与健康组织相互作用之前捕获它们。

一个多研究所的研究小组使用毛状纤维素纳米晶体，从植物细胞壁的主要成分发展而来，并用于各种材料，包括纸，来捕获脱靶化疗药物以防止组织损伤。图片来源：凯特迈尔斯/宾夕法尼亚州立大学

宾夕法尼亚州立大学化学工程和生物医学工程助理教授、首席研究员 Amir Sheikhi 说，为了减少局部化疗期间和之后抗癌药物的脱靶效应，消除它们的体循环是必要的。从血液中去除不需要的药物——主要是化疗药物多柔比星 (DOX)——的可用和提议的平台非常无效，无法去除足够的药物来防止损伤。我们开发了一种高效的方法，能够以更高的能力捕获 DOX比其他平台（例如基于 DNA 的材料）高出 3,200% 以上。

该方法现在可在《今日材料化学》三月刊之前在线获得，它基于毛状纤维素纳米晶体——从植物细胞壁的主要成分发展而来的纳米颗粒，并被设计成从每一端延伸出大量的聚合物链“毛”。Sheikhi 表示，这些毛发显着增加了纳米晶体的潜在药物捕获能力，远远超过了传统纳米颗粒和离子交换树脂的能力。

据我们所知，目前还没有基于纳米粒子的超容量药物捕获系统。Sheikhi 说，并指出这种系统的开发可能会对癌症治疗计划产生重大影响。对于某些器官，如肝脏，化疗可以通过导管进行局部给药。如果我们可以放置一个基于纳米晶体的装置来捕获离开肝脏下腔静脉（主要血管）的多余药物，临床医生可能会给予更高剂量的药物化学疗法可以更快地杀死癌症，而不必担心损害健康细胞。一旦治疗完成，就可以移除该装置。

为了生产能够捕获化疗药物的毛状纤维素纳米晶体，研究人员对针叶木浆中的纤维素纤维进行了化学处理，并在毛发上赋予负电荷，使其对血液中的离子成分稳定。根据 Sheikhi 的说法，这纠正了传统纳米粒子的缺陷，当暴露于血液时，其电荷会变得惰性或减少，从而限制了它可以与之结合的带正电荷的药物分子的数量。

纳米晶体的结合功效在人血清中进行了测试，人血清是血液中富含蛋白质的部分，不含红细胞或白细胞或血小板。对于每克毛状纤维素纳米晶体，可有效地从血清中去除超过 6,000 毫克的 DOX。

Sheikhi 说，与其他一些可用平台相比，毛状纳米晶体使我们能够将极限提高至少两到三个数量级。

研究人员还发现，纳米晶体对全血中的红细胞或人脐静脉内皮细胞的细胞生长没有有害影响。

Sheikhi 说，我们发现毛状纤维素纳米晶体与人血清中带正电荷的药物结合并立即捕获 DOX，并且它们不会产生任何细胞毒性或溶血作用。我们设想这种有效、无毒的纳米颗粒可以成为下一代设备的基石，用于捕获多余的药物并从体内去除不需要的分子，如迷幻剂和毒素。

根据 Sheikhi 的说法，毛状纤维素纳米晶体的使用具有超越身体的深远影响。他的团队最近设计了能够选择性结合钕（一种稀土元素）的纳米晶体，以从电子废物中拯救有价值的材料。

Sheikhi 说，我们很高兴推出一种具有如此高能力来分离各种元素的新材料，这有望为广泛的应用开辟新的机会。