Small:金属有机骨架负载多酶模拟超细合金纳米粒子用于增强化学动力学治疗

具有类天然酶活性的纳米材料被称为“纳米酶”,其催化动力学机制与天然酶相似且具有低成本和高稳定性的优点。在纳米酶的生物医学应用中,活性氧介导的肿瘤化学动力学治疗策略备受关注。化学动力学疗法(CDT)是利用芬顿或类芬顿反应将肿瘤细胞内的过氧化氢转化为羟基自由基,从而杀伤肿瘤细胞。由于肿瘤微环境的特性,有限的过氧化氢供给及较高的谷胱甘肽(GSH)浓度都会限制羟基自由基的产量,因此需要设计出具有GSH消耗特性和过氧化氢生成特性的纳米材料来改善化学动力学治疗的效果。

华南理工大学化学与化工学院李映伟教授与陶佳副教授针对这一问题以金属有机框架MIL-101为稳定载体,利用电置换反应制备出一系列尺寸均一的超细合金纳米粒子,其中负载铜-钯合金纳米粒子的复合物(Cu-Pd@MIL-101-PEG, CPMP)表现出模拟过氧化酶与超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽清除的协同作用。CPMP在肿瘤微环境下有利于产生足够多的活性氧,从而通过增强的化学动力学原理诱导肿瘤细胞凋亡。相关结果发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202005865)

纳米酶的CDT效率与羟基自由基的产量密切相关,因此构建具有较大比表面积和较多活性位点的纳米酶是提高其抗肿瘤活性的关键。然而,由于超细合金粒子具有较高的表面能,特别是在高负载量下,其容易发生聚集。实验发现,MIL-101负载的超细铜-钯合金纳米粒子(CPMP)在肿瘤微环境下具有稳定的类过氧化物酶(POD)与类超氧化物歧化酶(SOD)活性。因此在CPMP存在下,肿瘤细胞内的超氧阴离子(O2•-)通过类SOD催化的歧化反应转化为H2O2,H2O2浓度的升高将进一步促进类POD催化产生高细胞毒性的ROS。此外合金纳米颗粒中的Cu2+能够清除GSH,减少GSH对ROS和H2O2的消耗,从而达到增强CDT的效果。实验结果表明,制备的CPMP在使用过程中对肿瘤产生较强抑制作用且对正常组织无明显副作用,进一步证实了其生物相容性和生物安全性。本研究利用具有功能特异性的MOFs作为载体制备稳定分散的超细纳米酶,有望为设计更有效的肿瘤CDT策略提供一条新的途径。