Advanced Materials: 一种肿瘤微环境特异性激活和增强的纳米酶诊疗体系

具有诊疗一体功能的纳米材料由于可以实时、准确诊断疾病并同步进行治疗,因此在肿瘤可视化以及精准化治疗领域具有潜在的应用前景。目前,大多数报道的纳米诊疗体系,其诊疗效率很大程度上依赖于材料在肿瘤与正常组织的浓度差异,对于肿瘤的诊断与治疗的特异性不高。肿瘤微环境可激活的纳米诊疗材料可以被肿瘤组织的标志物特异性激活,实现肿瘤特异性诊断和治疗,具有信噪比高、背景干扰小等优点,能够有效提高肿瘤诊断的精准性与肿瘤治疗的选择性和安全性。虽然目前已有大量肿瘤可激活纳米药物被用于肿瘤诊疗研究,但是对于开发能够同时满足制备简单、灵敏度高以及生物安全性佳的可激活纳米诊疗材料依然有着迫切需求。

中国科学院长春应用化学研究所的陈学思、田华雨研究员团队采用具有过氧化物酶活性的纳米金属有机框架材料MIL-100作为载体,担载过氧化物酶的底物2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS),并进一步利用聚乙烯吡咯烷酮修饰材料表面,成功开发了一种肿瘤微环境特异性激活和增强的纳米酶诊疗体系(AMP NRs)(图1)。研究表明,在过氧化氢存在的条件下,AMP NRs中的ABTS能够被具有纳米酶特性的MIL-100氧化成在近红外区具有较强吸收的ABTS自由基,从而实现光声成像功能和光热效应的开启。另外,此纳米酶调节的ABTS氧化过程还表现出酸性pH增强的特征。通过尾静脉注射到实验老鼠体内后,AMP NRs首先通过“类火箭发射”过程被肿瘤微环境高表达的过氧化氢特异性激活,随后酸性肿瘤微环境再通过“类火箭加速”过程增强AMP NRs的诊疗性能,实现肿瘤特异性光声成像和光热治疗。除此之外,AMP NRs在产生羟基自由基的同时能够消耗细胞内的谷胱甘肽,具有增强的化学动力学治疗能力。最终,AMP NRs在动物水平上实现了肿瘤特异性的光声成像指导的化学动力学和光热联合抗肿瘤治疗。

图1. 具有纳米酶特性的AMP NRs的制备及其肿瘤微环境特异性激活和增强的肿瘤诊断与治疗过程

该工作以“A Tumor-Microenvironment-Activated Nanozyme-Mediated Theranostic Nanoreactor for Imaging-Guided Combined Tumor Therapy”为题,发表在国际杂志Advanced Materials(Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201902885)上。该论文的第一作者为在读博士研究生刘锋,陈学思研究员和田华雨研究员为文章的共同通讯作者。