在抗肿瘤领域，纳米药物因其靶向性和优异的药学性被寄予厚望。但目前的纳米药物大都属于纳米载体药物，即如果把药物整体比作一个胶囊，纳米材料其实只是“壳”。而纳米药物未来能否上升到“核心药物”的地位，关键在于可否发现具备详细生物机制和明确成药机理的纳米材料。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员李红昌团队和喻学锋团队，以及副研究员李洋团队等，选取黑磷纳米材料为研究对象，发现纳米材料在细胞内能够精准靶向特定生物分子，并获得独特的生物效应，提出了以分子细胞生物学机制为依托的纳米精准分子靶向药物概念，为纳米药物研发开辟了新路径。相关论文刊登于《自然—纳米技术》。

细胞分裂失控是肿瘤不断增殖的重要原因，因此减缓甚至抑制细胞分裂被认为是最有效的肿瘤治疗策略之一。黑磷作为一种由单一磷元素构成的新型纳米材料，具有独特的分子结构和界面特性。此前，研究团队已经发现黑磷具有较高的生物活性和生物可降解特性，在肿瘤治疗等生物医学领域具备良好的应用潜能。但是，黑磷作为一种无机纳米材料能否在分子细胞层面与生命系统产生相互作用尚不清楚。

此次，团队首先使用低浓度黑磷纳米材料处理细胞，发现黑磷导致细胞周期停滞在有丝分裂期。分析发现，原因是黑磷破坏了细胞有丝分裂核心机器——纺锤体的组装。

“细胞分裂需要众多生物分子的参与，其中PLK1激酶是非常关键的分子开关，其主要功能是控制纺锤体的组装和运行。”李红昌表示，黑磷进入细胞后，通过伪装成PLK1的作用底物，吸引了大量PLK1蛋白与之结合，并使这些PLK1活性丧失，进一步造成纺锤体错误组装，最终阻断了细胞分裂的正常进行。在随后的动物实验中，研究团队利用小鼠荷瘤模型，进一步证实了黑磷的确具备优异的抗肿瘤效果。

值得注意的是，在此次研究过程中，研究团队充分发挥了学科交叉的特色，成功让“材料”与“生物”发生深度融合。喻学锋课题组对黑磷纳米材料进行了6年的系统研究，已经建立了完整的黑磷基纳米材料的制备和应用体系，在研究过程中主要负责纳米黑磷的制备和性能研究。李红昌课题组精通细胞分裂机制和抗肿瘤药物研发，在研究中主导纳米黑磷的生物机制研究。李洋课题组具有丰富的纳米生物学研究经验，提供了符合研究方向和适用于交叉研究团队的新思路。

“在实际研究过程中，单个课题组很难做到‘既懂材料，又通生物’，因此类似的多个学科课题往往难以持续深入进行。”李红昌表示，通过“材料人”和“生物人”之间不停地“思想碰撞”和持续地“互通有无”，项目组最终发现了无机单质纳米磷材料影响细胞分裂的重要现象，并深入解析了背后的分子细胞机制。