Small Structures:共载Fe3O4/ZnPc的Yolk-Shell复合纳米反应器催化产生ROS实现癌症的高效治疗

Fe3O4纳米颗粒具有类芬顿催化效应,能自催化双氧水(H2O2)产生具有较高毒性的羟基自由基(·OH)。肿瘤细胞由于其强烈的代谢活性,导致细胞内H2O2水平显著增加,细胞内高水平的H2O2在Fe3O4纳米颗粒催化下产生较多的·OH,从而显著的抑制肿瘤。Yolk-shell结构的复合纳米反应器具有高效的药物装载效率和表面易于修饰的特性,在药物传输领域有着广泛的应用前景。以前的研究主要集中于该体系的磁共振成像,而对其作为纳米反应器产生·OH的研究鲜有报道。同时,这类复合纳米反应器在生物体内的疗效仍然需要进一步的研究。基于此,新加坡南洋理工大学赵彦利教授与重庆大学罗忠教授合作,构筑出以Fe3O4为核、介孔MgSiO3为外壳的yolk-shell复合纳米反应器(YSN@ZnPc@HA),其空腔负载超小Fe3O4纳米粒子和ZnPc光敏剂,MgSiO3外壳修饰透明质酸(HA)。HA能促使该复合纳米反应器靶向识别肿瘤细胞,ZnPc在光敏剂激发下产生ROS,进而与Fe3O4纳米粒子发生芬顿反应,产生具有高毒性的羟基自由基,高效杀死肿瘤细胞(如图1所示)。

为了验证共载Fe3O4/ZnPc复合纳米反应器在体外和体内的肿瘤细胞抑制效果,通过共聚焦显微镜、细胞流式等实验证明该复合纳米反应器在肿瘤细胞内原位产生·OH的能力,利用细胞活力测定、异种移植瘤模型等实验验证了其肿瘤抑制效果。该类复合纳米反应器能够高效装载疏水性ZnPc,且表面易于修饰透明质酸等肿瘤靶向分子。该反应器能够选择性靶向CD44过表达的肿瘤细胞,有效在肿瘤部位实施磁共振成像。肿瘤酸环境也有效促进共载Fe3O4/ZnPc的复合纳米反应器发生芬顿反应,从而将肿瘤细胞的H2O2转化为细胞毒性较高的·OH。同时,装载的ZnPc在激光照射下产生单线态氧,使细胞内ROS水平上升到细胞毒性阈值以上,从而显著抑制肿瘤细胞的增殖和肿瘤生长,这为进一步开发具有高效癌症治疗性能的多功能纳米系统提供了启示。文章发表在Small Structures上(DOI: 10.1002/sstr.202000065)。