癌癥治療是目前醫學領域的難題，而癌細胞的擴散是癌癥常見的死因。由于癌細胞遷移機制復雜，至今對其了解甚少。納米金剛石由于其良好的生物相容性和易于被功能化修飾的特性，使其作為藥物載體材料在生物醫學領域具有廣泛的應用。

中國科學院理化技術研究所光電功能界面材料實驗室自2010年開始研究基于納米金剛石的癌癥治療體系，發現在酸性細胞環境內，納米金剛石-順鉑體系可實現順鉑藥物的緩釋效果，能顯著抑制HeLa細胞的增殖（Small 2010, 6, 1514-1519）。后續研究發現了高壓高溫法制備的納米金剛石對HepG2細胞的遷移抑制效果（Physica Status Solidi A 2016, 213, 2131-2137）。特定濃度的羧基化納米金剛石可顯著抑制癌細胞中波形蛋白的表達，從而抑制HeLa和C6細胞的遷移（Diam Relat Mater 2020, 105, 107809）。近期，該課題組合成了納米金剛石-二氧化鈦復合材料，可在可見光下對癌細胞進行選擇性殺傷，并抑制癌細胞的遷移。該研究為開發低毒性、多功能的光敏劑提供了新思路，在細胞診療與遷移方面具有潛在應用價值（Carbon 2021, 174, 90-97）。

此外，該課題組還對納米金剛石對腫瘤細胞遷移的抑制機制及其在體內的作用展開了深入探討。結果表明，羧基化納米金剛石可以提高腫瘤細胞與基底的粘附能力，從而導致細胞運動受限。在分子機理上主要表現在羧基化納米金剛石能夠下調N-鈣粘蛋白和波形蛋白的表達，上調E-鈣粘蛋白的表達，通過TGF-β信號通路逆轉EMT過程。通過Phalloidin染色實驗證實了羧基化納米金剛石會損害F-肌動蛋白細胞骨架的組裝，減少應力纖維和板狀偽足的形成，進而抑制腫瘤細胞的遷移。利用小鼠肺轉移模型驗證了羧基化納米金剛石在體內對腫瘤轉移的抑制作用。未來，羧基化納米金剛石有望作為簡單的載體和探針，并在生物醫學領域作為腫瘤細胞遷移的新型抑制劑，在調控細胞行為方面發揮積極作用。

相關研究成果以Nanodiamonds Inhibit Cancer Cell Migration by Strengthening Cell Adhesion: Implications for Cancer Treatment為題，在線發表在ACS Applied Materials & Interfaces（2021，13，9620-9629）上。理化所研究員只金芳和副研究員李雷為論文通訊作者，博士研究生郭清越為論文第一作者，日本慶應義塾大學教授Yasuaki Einaga對該研究的實驗設計和機理分析提供指導。研究工作得到國家自然科學基金、中科院國際合作研究基金和東南大學國家重點實驗室開放研究基金的資助。

羧基化納米金剛石抑制腫瘤細胞遷移過程示意圖