癌症是現代社會影響人類身心健康的最大殺手之一。目前臨床上最常用的小分子化療藥物在實際治療過程中往往伴隨著嚴重的毒副作用，給病患造成巨大痛苦。因此，研發新型具有潛在抗癌效用分子和材料的篩選和開發有著重要的科研價值和臨床應用意義。雖然各類新型納米材料在癌症治療中展現出了諸多的優勢，但是目前圍繞納米材料的腫瘤治療研究仍主要基於對其物理性能的應用，而對於納米材料在與細胞內環境相互作用時產生的生物活性則僅被認為是一種生物毒性作用而被忽視。
黑磷（黑磷烯）作為一種新型無機二維材料，因其良好的生物活性和生物可降解特性，在生物醫學領域受到廣泛關注和研究。近期，喻學鋒課題組揭示了黑磷獨特的抗腫瘤活性及其作為納米化療藥物的應用潛能。由於癌細胞較快的代謝速率以及較強的氧化應激，黑磷進入癌細胞中後快速降解釋放大量磷酸根離子，誘導癌細胞胞內微環境的改變，從而抑制癌細胞增殖，並進一步誘導癌細胞凋亡。同時，對於正常組織細胞而言，黑磷在細胞中降解緩慢，從而展現出良好的生物相容性。課題組將這一源自黑磷天然生物活性的癌細胞選擇性殺傷作用稱為「生物活性磷基藥物療法（Bioactive Phosphorus-based Therapy）」，簡稱「活性磷療 (BPT)」。然而，由於黑磷表面缺乏活性位點且在生理環境下極不穩定，對其表面進行功能化修飾對進一步推進其臨床應用研究十分必要。
中科院深圳先進技術研究院喻學鋒、周文華等針對這一問題利用原位礦化的方法構建了表面磷酸鈣修飾的黑磷納米片，並探究其抗腫瘤活性及作為納米診療平臺的應用潛能。在此過程中，黑磷不僅為礦化過程提供成核位點，並可提供必需的磷源——磷酸鹽（PO43-），從而在其表面實現原位可控礦化。相較於未修飾的黑磷，由於磷酸鈣層的pH響應降解特性和Ca2+離子在腫瘤細胞內的過載，礦化黑磷可在更低的給藥劑量下引起細胞周期阻滯、抑制癌細胞增殖並殺傷癌細胞。而在相同劑量下對正常組織細胞無明顯毒副作用，從而展現出了更強的選擇性殺傷腫瘤活性。進一步研究發現，礦化黑磷可特異性靶向腫瘤細胞的線粒體，破壞線粒體結構，進而誘導癌細胞通過線粒體介導的凋亡途徑進入程序化死亡。此外，磷酸鈣礦化層可高效負載多種螢光成像分子及小分子藥物，驗證了其作為納米診療平臺的應用潛能。
該工作中構建的礦化黑磷，展示了作為生物活性納米材料在癌症治療中的應用潛力，近一步拓展了活性磷療技術在腫瘤治療領域的應用，也為無機活性納米藥物的開發提供新思路。相關結果在線發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202003069）上。