全球每年有数百万人受到癌症的影响，超39%的男性和女性在其一生中被诊断患有癌症。化疗是最常用的、标准的癌症治疗方法，将这些药物有针对性地输送到肿瘤部位可以提高其有效性。然而多余的药物仍可能循环到身体的其他部位并引起多种副作用，其中包括贫血、慢性感染、脱发、黄疸和发烧。
人们已经尝试了一些拟议的方法来清除血液中不需要的化疗药物，特别是广泛使用的药物多柔比星(DOX)。但这些方法的结果是DOX的去除率不够低。尽管添加了旨在保护结合能力的材料，但使用带电的纳米粒子结合DOX的其他策略在暴露于血液中发现的带电分子和蛋白质时失去了效力。
包括宾夕法尼亚州立大学和寺崎生物医学创新研究所(TIBI)的科学家在内的一个合作团队已经设计出一种方法来解决这些挑战。
在《Materials Today Chemistry》上描述的这种方法是基于毛状纤维素纳米晶体--从植物细胞壁的主要成分中开发出来的纳米颗粒，另外还被设计为具有从每一端延伸出来的大量聚合物链“毛发”。这些毛发使纳米晶体的潜在药物捕获能力大大超过了传统纳米颗粒和其他材料。
为了生产能够捕获化疗药物的毛状纤维素纳米晶体，研究人员对软木纸浆中的纤维素纤维进行了化学处理并在毛发上赋予了负电荷，从而使得其对血液中的带电分子具有稳定性。这纠正了传统纳米颗粒发现的问题，即当暴露在血液中时其电荷会变得惰性或减少，而这限制了它能结合的带正电的药物分子的数量从而使其数量微不足道。
研究人员在人类血清中对将这种纳米晶体的结合效力进行了测试，血清是血液中富含蛋白质的液体部分。每一克毛细纤维素纳米晶体有超6000毫克的DOX被有效地从血清中去除。这代表着跟目前可用的其他方法相比，DOX捕获量增加了两到三个数量级。
此外，加入纳米晶体后，DOX的捕获可以立即发生，而且纳米晶体对全血中的红血球或人类脐带细胞的生长没有毒性或有害影响。
这种在体内捕获药物的强大手段可以对癌症治疗方案产生巨大影响，因为可以将剂量提高到更有效的水平，而不必担心有害的副作用。
这项研究的主要研究人员、宾夕法尼亚州立大学化学工程和生物医学工程助理教授Amir Sheikhi提供了一个此类应用的例子。“对于一些器官，如肝脏，化疗可以通过导管进行局部治疗。如果我们能在纳米晶体的基础上放置一个装置以捕获从肝脏的下腔静脉（一个主要的血管）流出的多余药物，那么临床医生就有可能施以更高剂量的化疗，从而以更快地杀死癌症而不必担心损害健康细胞。一旦治疗结束，该设备可以被移除。”
除了从体内清除多余的化疗药物外，毛细纤维素纳米晶体还可以针对其他不良物质如毒素和成瘾性药物进行清除，实验还证明了纳米晶体在其他分离应用中的有效性，如从电子废物中回收有价值的元素。
寺崎生物医学创新研究所所长兼CEO Ali Khademhosseini表示：“最初只是一个相对简单的概念，现在则已经发展成为一种高度有效的材料分离手段。这为广泛的、有影响的生物医学和材料科学应用创造了潜力。”
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