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中國(guó)藥科大學(xué)孫敏捷教授課題組在仿生雜化納米酶通過(guò)自供H+和加速供O2實(shí)現(xiàn)乏氧腫瘤治療研究取得新進(jìn)展
2019-06-14  來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞:納米酶 腫瘤乏氧 仿生雜化

  最近,國(guó)際權(quán)威期刊Nano Letters(影響因子12.08)在線報(bào)道了中國(guó)藥科大學(xué)孫敏捷教授和錢程根副研究員在抗腫瘤研究取得的最新進(jìn)展——Biomimetic hybrid nanozymes with self-supplied H+ and accelerated O2 generation for enhanced starvation and photodynamic therapy against hypoxic tumors。中國(guó)藥科大學(xué)博士生楊學(xué)為論文第一作者,孫敏捷教授錢程根副研究員為本文共同通訊作者。

  自2007年Fe3O4納米顆粒被報(bào)道具有過(guò)氧化物酶活性以來(lái),納米酶作為一種模擬天然酶活性的人工酶,和天然酶一起在癌癥的診斷和治療中得到了廣泛的關(guān)注。然而,如何保證酶在活體復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境下還具有較強(qiáng)的酶活性仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如:葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GOx)是一種天然的需氧酶,可以將葡萄糖氧化成葡萄糖酸和過(guò)氧化氫來(lái)干擾葡萄糖代謝,從而實(shí)現(xiàn)腫瘤饑餓治療。然而在腫瘤缺氧區(qū)域GOx酶活性隨著氧氣水平的降低而減弱。二氧化錳(manganese dioxide,MnO2)是一種具有過(guò)氧化氫酶活性的納米酶,它與腫瘤內(nèi)源性過(guò)氧化氫反應(yīng)生成氧氣,以減輕腫瘤乏氧。在酸性條件下,MnO2的催化效率可以大大提高。

  針對(duì)上述問(wèn)題,中國(guó)藥科大學(xué)孫敏捷教授課題組采用納米酶和天然酶相互促進(jìn)的策略設(shè)計(jì)了一種高酶活性的新型仿生雜化納米酶(rMGB)用于乏氧腫瘤治療。在這項(xiàng)研究中,通過(guò)整合納米酶MnO2和天然酶GOx的特性,在腫瘤乏氧環(huán)境下,rMGB仿生納米酶系統(tǒng)中的MnO2可以與內(nèi)源性H2O2反應(yīng)生成O2,從而提高GOx的酶活性用于加速腫瘤饑餓治療的葡萄糖消耗;同時(shí)GOx通過(guò)氧化葡萄糖生成葡萄糖酸,提供大量的氫離子可以最大限度地提高MnO2的催化效率,進(jìn)一步加速局部O2的生成,在腫瘤光動(dòng)力治療中減輕腫瘤乏氧,加速具有腫瘤殺傷性的活性氧物質(zhì)的生成。因此,rMGB利用納米酶和天然酶的相互促進(jìn),實(shí)現(xiàn)自供H+和加速O2生成,減輕腫瘤乏氧,提高抗腫瘤效率(圖1和2)。

圖1. 仿生雜化納米酶rMGB中納米酶MnO2和天然酶GOx相互促進(jìn)示意圖

圖2. 新型仿生雜化納米酶通過(guò)自供H+和加速O2生成實(shí)現(xiàn)乏氧腫瘤光動(dòng)力治療和饑餓治療

  研究結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的仿生雜化納米酶rMGB在常氧和乏氧條件下均能產(chǎn)生連續(xù)的O2。尤其對(duì)乏氧腫瘤具有較強(qiáng)的饑餓治療和PDT協(xié)同治療作用,在體內(nèi)外均有較強(qiáng)的抗腫瘤作用。此外,由于rMGB外包覆的紅細(xì)胞膜的長(zhǎng)循環(huán)能力和優(yōu)異的生物安全性,rMGB是一種安全的藥物傳遞系統(tǒng),小鼠安全性實(shí)驗(yàn)初步證明不會(huì)引起系統(tǒng)性的影響。這種仿生雜化納米酶有望成為低氧腫瘤治療的潛在供氧劑。同時(shí),該雜化納米酶為開(kāi)發(fā)用于癌癥治療的催化納米藥物提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

  該研究得到了國(guó)家重大研發(fā)計(jì)劃“納米專項(xiàng)”、國(guó)家自然科學(xué)基金面上和青年項(xiàng)目、江蘇省杰出青年基金等資助。特別感謝中國(guó)藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的研究平臺(tái)支持。

  論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b00934 

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