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  腫瘤內(nèi)葡萄糖耗竭誘導(dǎo)的癌癥饑餓療法（tumor starvation）代表了抗癌治療的重要策略，但它通常受到全身毒性，非特異性和平行能量供應(yīng)的適應(yīng)性發(fā)展的限制。葡萄糖氧化酶（GOx）有效地將葡萄糖氧化成葡萄糖酸和過氧化氫（H2O2），并且已經(jīng)證明它通過直接葡萄糖消耗在癌癥抑制中是有效的。但是，目前仍然存在與此相關(guān)的問題。比如，葡萄糖氧化的副產(chǎn)物H2O2會(huì)導(dǎo)致DNA損傷和基因突變從而引起全身毒性；正常細(xì)胞中葡萄糖的相似代謝需求可引起嚴(yán)重的脫靶效應(yīng)；癌細(xì)胞可以通過其他相似途徑獲取能量導(dǎo)致饑餓療法的失敗。因此，必須將智能材料設(shè)計(jì)概念結(jié)合到治療模式中，從而能夠有效地消除腫瘤內(nèi)葡萄糖，具有高特異性和低毒性，用于癌癥饑餓治療。

  最近，來自中國科大生命科學(xué)學(xué)院的王育才教授研究團(tuán)隊(duì)在ACS Nano上報(bào)道了一種BSA包被的納米級(jí)聯(lián)簇化酶（BCE_TPZ@(GOx+CAT）在循環(huán)過程中保持穩(wěn)定，不會(huì)引起全身毒性，并且能夠在輕度酸性腫瘤微環(huán)境中釋放GOx和CAT，消耗腫瘤部位葡萄糖同時(shí)造成乏氧環(huán)境激活乏氧前藥，從而實(shí)現(xiàn)低毒性腫瘤饑餓并產(chǎn)生局部缺氧以激活化學(xué)療法的協(xié)同治療（圖1）。

圖1、BCE_TPZ@(GOx+CAT)在體內(nèi)的工作原理示意圖：（1）白蛋白外殼在循環(huán)過程中可以防止酶快速，過早地暴露在血液中;（2）在腫瘤酸性微環(huán)境中選擇性釋放級(jí)聯(lián)酶;（3）GOx消耗腫瘤部位氧氣（O₂）并造成缺氧環(huán)境，產(chǎn)生H₂O₂和葡萄糖酸，而CAT將產(chǎn)生的H₂O₂轉(zhuǎn)化為H₂O而不會(huì)引起全身毒性;（4）步驟3中產(chǎn)生的葡萄糖酸進(jìn)一步加速納米簇酶的降解;（5）在缺氧環(huán)境中通過還原酶活化乏氧前藥BSATPZ，協(xié)同葡萄糖消耗腫瘤饑餓療法。

  研究者首先合成嵌段共聚物PEG-b-PHEMA_CMA，通過酸酐與蛋白的氨基交聯(lián)制備納米顆粒，調(diào)節(jié)聚合物與蛋白的不同比例成功制備具有白蛋白外殼且尺寸約為200 nm的納米簇化酶。當(dāng)重量比設(shè)定為1：1時(shí)，由DLS測(cè)量形成尺寸為~600 nm的大聚集體。而當(dāng)比例增加到5：1時(shí)，形成顆粒尺寸~180 nm且分布均一的納米簇化酶（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，在pH 7.4的葡萄糖溶液中，BSA的存在可以有效減緩GOx與葡萄糖的接觸；在pH 6.5的葡萄糖溶液中，納米簇化酶可以快速崩解釋放原酶。通過粒徑表征，溶液中pH變化，溶液中溶解氧和葡萄糖濃度變化成功驗(yàn)證BCE@(GOx+CAT)能夠在類腫瘤微酸性環(huán)境中選擇性地釋放原酶，而在中性條件下保持穩(wěn)定，同時(shí)保留了持續(xù)消耗O₂和葡萄糖的能力（圖3）。

圖2、納米簇化酶的大小控制示意圖

圖3、納米簇化酶的制備和原酶的釋放。（A）CE@(GOx+CAT)的粒徑分析；（B）在添加BSA前后，納米簇化酶的粒徑分析；BCE@(GOx+CAT)的（C）粒徑，（D）pH值，（E）溶解O₂和（F）葡萄糖濃度的時(shí)間依賴性變化（GOx：2 U/mL，CAT：240 U/mL）。

  在驗(yàn)證了納米簇化酶BCE@(GOx+CAT)在腫瘤中的積累后，他們研究了納米簇化酶在腫瘤內(nèi)消耗氧的能力。隨著納米簇化酶靜脈注射樣品后24小時(shí)內(nèi)，通過乏氧綠色熒光信號(hào)的熒光進(jìn)行觀察分析可以看出綠色熒光信號(hào)的強(qiáng)度在逐漸增加，表明納米簇化酶可以迅速消耗腫瘤中的O₂，并且，注射后48小時(shí)腫瘤內(nèi)部仍然顯示出較強(qiáng)的綠色熒光信號(hào)，顯示了其持續(xù)消耗葡萄糖和氧氣的能力。上述結(jié)果表明，荷瘤小鼠在靜脈注射BCE@(GOx+CAT)后將有效消耗并清除腫瘤內(nèi)部的O₂，導(dǎo)致腫瘤乏氧明顯增強(qiáng)（圖3）。

圖4、（A）注射BCE@(GOx+CAT)后評(píng)估腫瘤乏氧程度的示意圖。（B）用Hypoxyprobe試劑盒對(duì)腫瘤切片進(jìn)行熒光染色的代表性免疫熒光圖像。

  該研究成功展示了一種通過結(jié)合靶向腫瘤饑餓和脫氧激活化療來強(qiáng)化癌癥治療的級(jí)聯(lián)催化納米藥物的方法。納米藥物在血液循環(huán)過程中保持穩(wěn)定并僅在腫瘤微酸環(huán)境釋放原酶快速耗盡腫瘤細(xì)胞中的葡萄糖和O₂，實(shí)現(xiàn)低毒性的腫瘤的饑餓療法，并產(chǎn)生局部缺氧來激活化療。這一策略提供了一個(gè)創(chuàng)新的腫瘤饑餓和脫氧激活化療的協(xié)同治療設(shè)計(jì)方式，從而提高抑制腫瘤效果。

  中國科大博士生馬寅初、趙陽陽與博士后納文博士為本論文共同第一作者，王育才教授為本文的通訊作者。

  該工作得到了國家自然科學(xué)基金（NOs. 51773191, 51573176, 51633008），國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFA0205600）的資助。

  論文題目為“Nanoclustered Cascaded Enzymes for Targeted Tumor Starvation and Deoxygenation-Activated Chemotherapy without Systemic Toxicity”

  https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02466