Small:芬顿和类芬顿纳米材料用于化学动力学治疗的策略及近期进展

以芬顿或类芬顿反应为原理的化学动力学治疗(CDT)作为一种新的癌症疗法,在2016年被首次提出。相比于其他疗法,利用芬顿和类芬顿纳米材料的CDT以副作用小、成本低等独特优势而备受关注。目前CDT也已与其他癌症治疗方法(如化疗、放疗和光疗等)相结合,从而实现增强的抗癌效果。在这篇综述中,东南大学吴富根教授课题组介绍了自2018年至今的CDT研究进展,并提出了当前研究的局限性和CDT未来的研究方向。

首先作者介绍了芬顿和类芬顿反应。H. J. H. Fenton在1894年提出了芬顿反应,即铁和过氧化氢会发生复杂的化学反应,最终生成有毒的羟基自由基(活性氧的一种)。由于与其他产生羟基自由基的氧化过程相比具有更好的效果,芬顿反应和类芬顿反应已被广泛用于处理废水和土壤中的有机污染物。

纳米材料的快速发展为芬顿和类芬顿反应成功应用于生物医学领域奠定了基础。首先,纳米材料具有高载药效率和肿瘤靶向性。此外,纳米颗粒可用于释放芬顿和类芬顿反应的反应底物。这些优点有助于在肿瘤细胞中有效产生有毒的活性氧。基于此,2016年施剑林院士和步文博教授等人提出了CDT的新概念。基于芬顿反应的CDT被定义为含铁材料在肿瘤细胞中释放亚铁离子并通过芬顿反应产生羟基自由基(通常在酸性条件下),最终导致肿瘤细胞死亡。除了铁之外,其他金属元素也可以用于CDT,通过类芬顿反应产生活性氧。CDT 具有以下几个优点:1、具有肿瘤选择性,副作用小;2、治疗过程依赖于肿瘤细胞的内源性物质(如过氧化氢)而不是外部刺激;3、能够调节缺氧和免疫抑制性的肿瘤微环境;4、不需要复杂的治疗设备,治疗费用相对较低。

自提出以来,CDT已受到生物医学领域越来越多的关注。科研人员们不仅报道了基于铁的CDT,还研究了基于其他金属元素(如铜、锰、钴、钛、铬、钒、钯、银、钼、钌、钨和铈等)或其他类型活性氧的类芬顿反应介导的CDT;不仅提出了单一金属介导的CDT,还提出了双金属(如同时在CDT治疗过程中引入铁元素和锰元素、铁元素和铜元素、铜元素和锰元素等)介导的CDT。除了单一CDT策略外,CDT还可与其他疗法联合使用,包括光疗(光动力治疗和光热治疗)、声动力治疗、饥饿治疗和化疗等。例如,光热治疗所造成的肿瘤区域温度升高可以加速芬顿/类芬顿反应,从而增强协同抗癌功效;可以产生活性氧的光动力治疗和声动力治疗与CDT结合可以有效增加 ROS 的产生,从而引起肿瘤细胞的凋亡;以将癌细胞内的葡萄糖在水和氧气的参与下并在葡萄糖氧化酶催化下产生过氧化氢和葡萄糖酸为原理的饥饿治疗可以为CDT提供反应底物(过氧化氢),从而增强CDT的疗效。据报道,一些组合疗法显示出“1 + 1 > 2”的抗癌效果。CDT可以通过不同的纳米材料实现,包括无机纳米材料、有机纳米材料和无机–有机纳米材料。以上研究均证明了CDT在癌症治疗方面的出色潜力。此外,CDT还被报道可用在抗菌治疗中。

通过以上介绍,我们可以较为全面地了解到过去三年(2018年至今)CDT的相关研究进展。未来CDT研究可以开发一些新型金属或无金属的CDT纳米材料,进一步提高CDT的抗癌效率以及安全性,并拓展CDT在更多疾病治疗方面的应用。

文章第一作者为东南大学生物科学与医学工程学院的硕士生贾晨洋

论文信息:

Chemodynamic Therapy via Fenton and Fenton-Like Nanomaterials: Strategies and Recent Advances

Chenyang Jia, Yuxin Guo, Fu-Gen Wu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202103868

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202103868