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　　納米(mi)材料的(de)(de)(de)(de)腫(zhong)瘤(liu)血(xue)管(guan)(guan)滲(shen)透性(xing)是(shi)納米(mi)藥物遞送(song)領域(yu)的(de)(de)(de)(de)關鍵科(ke)學(xue)問題之一(yi)(yi)。目前，針(zhen)對腫(zhong)瘤(liu)的(de)(de)(de)(de)納米(mi)藥物設計原理主要(yao)是(shi)基于1986年發現(xian)的(de)(de)(de)(de)血(xue)管(guan)(guan)高滲(shen)透和組織長滯留（enhanced permeability and retention, EPR）效應。然而，近年來隨著多個(ge)納米(mi)藥物在臨床(chuang)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)(de)失敗，研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)們(men)開始重新(xin)審視這(zhe)一(yi)(yi)機制，部(bu)分學(xue)者(zhe)在最(zui)近的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)也是(shi)公開質(zhi)疑腫(zhong)瘤(liu)血(xue)管(guan)(guan)是(shi)否存在高滲(shen)透性(xing)，而導致這(zhe)一(yi)(yi)問題存在爭議的(de)(de)(de)(de)主要(yao)原因是(shi)缺(que)乏有(you)效的(de)(de)(de)(de)方法來量化腫(zhong)瘤(liu)的(de)(de)(de)(de)血(xue)管(guan)(guan)滲(shen)透性(xing)。

圖(tu)1.基于機(ji)器學習和(he)蛋白納米探針建立的Nano-ISML技術

　　南開大學黃興祿教授與中(zhong)科院生(sheng)物(wu)物(wu)理所閻錫蘊團隊、中(zhong)科院自動(dong)化(hua)所田捷團隊合作(zuo)，利用基因工程化(hua)蛋白納米探針(zhen)，與深度學習的(de)(de)圖像分(fen)割技術(shu)(shu)結合，建(jian)立了一種(zhong)高通量(liang)定量(liang)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)單血管(guan)(guan)滲透(tou)性(xing)(xing)的(de)(de)新技術(shu)(shu)，即Nano-ISML，通過自己建(jian)立的(de)(de)30多種(zhong)不同(tong)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)模型(xing)（>67000根血管(guan)(guan)）的(de)(de)數據分(fen)析，系(xi)統揭示了腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)血管(guan)(guan)滲透(tou)存在(zai)極大異(yi)(yi)質性(xing)(xing)，發現不同(tong)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)血管(guan)(guan)的(de)(de)滲透(tou)性(xing)(xing)存在(zai)>100倍(bei)的(de)(de)差異(yi)(yi)，并(bing)依(yi)(yi)賴(lai)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)類(lei)型(xing)和血管(guan)(guan)類(lei)型(xing)。在(zai)此技術(shu)(shu)幫助下，他們也揭示了血管(guan)(guan)內皮細胞滲透(tou)異(yi)(yi)質性(xing)(xing)形成的(de)(de)生(sheng)物(wu)學機制(zhi)，即高、低滲透(tou)性(xing)(xing)血管(guan)(guan)分(fen)別(bie)依(yi)(yi)賴(lai)被動(dong)、主(zhu)動(dong)的(de)(de)滲透(tou)機制(zhi)，并(bing)針(zhen)對這種(zhong)機制(zhi)提出了針(zhen)對高滲腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)和低滲腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)分(fen)類(lei)設(she)計的(de)(de)新策略。

圖(tu)2.納米材料在不同腫瘤血管的滲透情況（左(zuo)）和量化分布（右）

　　研(yan)(yan)究(jiu)成果(guo)以“機器(qi)學(xue)(xue)習助力單血(xue)管(guan)(guan)分析(xi)納(na)米(mi)材料(liao)在腫(zhong)瘤的(de)(de)血(xue)管(guan)(guan)滲(shen)透(tou)性(xing)”（Machine Learning-assisted Single Vessel Analysis of Nanoparticle Permeability in Tumour Vasculatures）為(wei)題，于(yu)2月13日在《自然·納(na)米(mi)技術(shu)(shu)》（Nature Nanotechnology）雜(za)志以長文（article）形式在線發(fa)表。該(gai)研(yan)(yan)究(jiu)建立的(de)(de)Nano-ISML技術(shu)(shu)實現(xian)了(le)血(xue)管(guan)(guan)滲(shen)透(tou)性(xing)分析(xi)從定性(xing)到定量(liang)的(de)(de)跨越(yue)(yue)，從定量(liang)總(zong)體的(de)(de)平均(jun)滲(shen)透(tou)性(xing)到單血(xue)管(guan)(guan)量(liang)化分析(xi)的(de)(de)跨越(yue)(yue)，這種高通(tong)量(liang)單血(xue)管(guan)(guan)定量(liang)分析(xi)技術(shu)(shu)可廣泛適用到其它方面的(de)(de)相關研(yan)(yan)究(jiu)中，像血(xue)管(guan)(guan)分子機制、藥物(wu)篩選(xuan)、藥物(wu)遞送(song)等(deng)。揭(jie)示的(de)(de)差異化滲(shen)透(tou)機制和(he)(he)納(na)米(mi)藥物(wu)設計(ji)策略，將(jiang)為(wei)下一代個性(xing)化納(na)米(mi)藥物(wu)的(de)(de)開發(fa)提(ti)供理(li)論依據和(he)(he)設計(ji)原則。該(gai)研(yan)(yan)究(jiu)深度融合納(na)米(mi)技術(shu)(shu)、人(ren)工智能和(he)(he)合成生物(wu)學(xue)(xue)等(deng)領域，也為(wei)學(xue)(xue)科交叉(cha)解決關鍵(jian)科學(xue)(xue)問(wen)題提(ti)供了(le)一種新(xin)范式。

　　南開(kai)大學(xue)(xue)生(sheng)(sheng)命科(ke)學(xue)(xue)學(xue)(xue)院(yuan)(yuan)2020級(ji)博士生(sheng)(sheng)朱明盛和醫學(xue)(xue)院(yuan)(yuan)莊潔(jie)副教授(shou)是該論文的共(gong)同第一作(zuo)者，南開(kai)大學(xue)(xue)黃興祿教授(shou)、中(zhong)科(ke)院(yuan)(yuan)生(sheng)(sheng)物物理所(suo)閻(yan)錫蘊院(yuan)(yuan)士、中(zhong)科(ke)院(yuan)(yuan)自動(dong)化所(suo)田捷教授(shou)為論文共(gong)同通(tong)訊作(zuo)者。該工作(zuo)受(shou)到(dao)國家自然科(ke)學(xue)(xue)基金、國家重點研發(fa)計劃、天津合成生(sheng)(sheng)物學(xue)(xue)技術創新能力提(ti)升行動(dong)、南開(kai)大學(xue)(xue)百(bai)名青年學(xue)(xue)科(ke)帶頭人計劃等資金支(zhi)持。