Advanced Functional Materials:无毒钛基量子点用于肿瘤催化治疗

众所周知,对于肿瘤治疗,传统的化学疗法和物理疗法都存在严重的副作用,阻碍了其在实际临床治疗中的应用。最近,基于微酸性和过量过氧化氢的特定肿瘤微环境,利用肿瘤内部催化反应的纳米催化治疗成为前沿且备受关注。其中,研究最为广泛的铁基纳米催化剂可特异性响应肿瘤的弱酸性细胞内环境,释放Fe2+并引发芬顿反应,产生•OH触发细胞凋亡并抑制肿瘤。然而,在弱酸性肿瘤环境中,Fe2+催化的芬顿反应的反应速率较低,导致•OH形成缓慢。除此之外,众多抗肿瘤复合纳米制剂的潜在毒性值得关注。因此,如何找到更高催化活性和更安全的纳米制剂,是人们一直追求的目标。

最近,山东大学晶体材料研究所陶绪堂课题组首次通过自主设计的“微爆炸法”获得了无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点,提出可将钛基二维晶体材料用于肿瘤治疗,并与刘宏教授课题组合作发现其具有较强的类芬顿反应特性。反应式如下:

Ti3+ + H2O2= Ti4+ + (OH) + •OH

由于剥离的MXene-Ti3C2Tx具有易于被氧化的特性,尤其是被缩小到极小的尺寸成为量子点时,更加容易被氧化。因此,在无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点的制备上存在困难。制备过程应避免高温或制备时间较长。该研究团队设计了“微爆炸”法,将液氮插层Ti3C2Tx,然后加入热的去离子水。利用温差引起微爆炸破坏其微观结构,产生量子点。该方法简单快捷,易于操作。所获得的量子点中存在大量Ti3+,具有较高的催化活性。在模拟肿瘤微酸环境中,相比Fe2+,该钛基量子点具有更高的催化活性。

对正常器官和组织无毒性是纳米材料用于生物医疗的基础。钛基材料具有良好生物相容性,已应用于临床治疗与食品工业领域。体内体外实验证明,所制备的无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点无论对正常细胞还是组织器官均表现良好的生物相容性。细胞实验显示MXene-Ti3C2Tx对宫颈癌和乳腺癌均有强烈的杀伤能力,体现了优异的抗肿瘤效果。针对恶性化程度较高的HeLa基荷瘤鼠的体内治疗,MXene-Ti3C2Tx量子点通过直接杀伤癌细胞与破坏肿瘤微血管阻断饥饿癌细胞的双重功能,表现出十分优异的肿瘤抑制能力,肿瘤抑制率仍为91.9%。同时对正常组织和血管无损伤作用。相信以这种钛基类芬顿反应为基础的肿瘤治疗方式潜力巨大,为实现肿瘤的高效,精准治疗提供了一条新的道路。

相关结果以“Nonoxidized MXene Quantum Dots Prepared by Microexplosion Method for Cancer Catalytic Therapy”为题,在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202000308)上。