Advanced Functional Materials:基于钯负载的NPMOF协同氢/光动力疗法增强肿瘤抑制

氢气被认为是一种理想的清洁能源。由于其具有高安全性和选择性的抗氧化能力,氢气已经被开发用于生物医学应用。研究证明氢气可以治疗多种疾病,尤其是对氧化应激相关的疾病具有良好的治疗效果,例如组织炎症、老年痴呆、帕金森病、心肌缺血再灌注损伤等。近几年来,氢气治疗在抗肿瘤研究领域得到越来越多的关注。研究表明,还原性氢可以选择性地减少瘤内过表达的羟基自由基(·OH),干扰肿瘤微环境氧化还原稳态,从而诱导氧化还原应激以及细胞破坏和凋亡;而氢气在正常细胞中则能维持活性氧(ROS)水平,防止细胞受到氧化破坏。另一方面,光动力疗法(photodynamic therapy, PDT)作为一种ROS相关的非侵入性治疗手段,已被批准用于多种类型肿瘤的治疗。PDT主要原理是通过特定波长的光激活光敏剂分子,使其向周围分子氧传递能量而产生单线态氧(1O2),诱导细胞氧化破坏和凋亡。PDT具有高安全性,可通过无毒无害的外源光定位实现局部治疗,并且可以利用光敏剂的荧光特性对治疗进行成像引导。因此,是否可以结合还原性氢的递送和光诱导1O2的产生以充分扰乱肿瘤细胞内的氧化还原平衡来达到安全有效的肿瘤治疗目的?为此,中科院上海硅酸盐研究所朱钰方研究员和合作者设计合成了一种生物相容性的钯纳米晶负载纳米卟啉金属有机框架(NPMOF)用于实现新型联合治疗模式——氢/光动力协同治疗。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202006853)上。

NPMOF具有较高的生物相容性和丰富的微孔孔道,骨架中包含大量卟啉光敏剂配体,可实现光诱导产生1O2用于PDT。钯纳米晶通过原位还原法负载在NPMOF上,通过自制的氢气产生装置对合成的纳米颗粒进行氢气负载。由于钯具有较高的氢亲和性和催化氢化能力,负载在NPMOF上的钯纳米晶可实现有效的氢气递送。结果表明,最终的纳米系统呈现较高的氢储存量以及持续的还原性氢释放性能,并且光可诱导大量1O2产生而不受还原性氢递送的影响。进一步地,他们证实了还原性氢递送的纳米系统可以通过干扰氧化还原稳态增加肿瘤细胞内的氧化压力来诱导细胞死亡,而在正常细胞中维持正常的氧化还原水平,从而实现肿瘤选择性的氢气治疗。值得说明的是,当还原性氢递送的纳米系统进入肿瘤细胞后,通过光诱导1O2产生进一步提高了细胞内的氧化压力,从而造成增强的氧化破坏。最终,通过结合肿瘤选择性的氢气治疗和光动力疗法,所设计的钯负载NPMOF纳米系统实现了协同增强抗肿瘤效果且无明显副作用,为未来高效、安全的肿瘤治疗提供参考。