摘要：氧化黑磷作为黑磷的降解物，通常被认为失去了应用价值。南京大学化学和生物医药创新研究院赵劲课题组开创性地以氧化黑磷纳米片为研究对象，系统地探索了其对于破骨细胞及成骨细胞的作用，发现氧化黑磷有望作为经典抗吸收药物BiP的升级替代，成为治疗骨质疏松症等骨疾病的高效纳米材料。
作为一种新型二维材料，黑磷凭借其独特的物理化学性质和优良的生物相容性，在生物传感、药物递送等方面成为研究热点。然而，黑磷纳米片（BPNSs）易被氧化，导致其表面化学成分和物理性质发生变化（通常称之为降解），结构和性能受到影响，被认为限制了材料的实际应用。
南京大学化学和生物医药创新研究院赵劲课题组在黑磷材料研究方面作了大量工作，在前期的研究中，该课题组基于蛋白质组学技术，从蛋白冠-黑磷纳米复合物层面上对黑磷纳米材料在血液复杂生物环境中的安全性进行了评价 (Nat. Commun. 2018, 9, 2480.)，进一步研究发现，蛋白冠-黑磷纳米复合物是通过靶向调控巨噬细胞的钙离子转运相关蛋白，诱导巨噬细胞的极化，从而增强了其对肿瘤细胞的吞噬 (Nanoscale. 2020, 12, 1742.)。
黑磷纳米片的降解产物称为氧化黑磷纳米片（oBPNS），降解优先发生在位于纳米片边缘的磷原子，从边缘产生磷酸根，这种边缘氧化形成的多磷酸根与一种治疗骨疾病药物双膦酸(BiP)颇为相似。BiP的磷酸根是药物与骨组织羟基膦灰石结合的关键部位，决定药物的生化特性。BiP被认为是治疗骨质疏松等各类骨疾患的有效药物，但药物多具有显著副作用，这使得开发具有高度选择性化疗效果的新药物和新材料成为迫切需要。
氧化黑磷纳米材料是否有可能作为BiP的类似物来治疗骨质疏松等骨疾病？赵劲课题组系统研究了氧化黑磷纳米片在RANKL（核因子κB受体活化因子配体）诱导前体细胞、小鼠巨噬细胞以及骨髓源性巨噬细胞融合生成破骨细胞这个过程中的作用，以及对小鼠胚胎成骨前体细胞的成骨分化作用（图1）。
图1
课题组通过基因转录、蛋白表达和细胞表型三个层面证明了氧化黑磷纳米片会影响破骨细胞的活性，并抑制骨吸收。抑制效果与其氧化程度成正相关，但对成骨细胞的骨生成没有影响（图2）。最后通过转录组学以及蛋白组学进一步发现氧化黑磷纳米片抑制了49.4%诱导分化相关的基因表达，对9条与破骨细胞发生相关的通路产生显著影响（图3）。
图2
图3
该项工作通过研究氧化黑磷与骨矿物质的亲和力以及对破骨细胞作用的分子机制，解释了材料对于骨细胞影响的机理，为多磷酸根纳米材料用作治疗骨类疾病的新型抗吸收药物提供了思路。此项研究得到了国家自然科学基金、中央高校基础科研经费等项目的资助。
