谷戰軍課題組

Materials Horizons:腫瘤微環境響應的自組裝納米反應器用于級聯式催化聯合化療

2020-06-16 09:05來源:X-MOL網站瀏覽數:427 


本文轉載自X-MOL網站報道:腫瘤微環境響應的自組裝納米反應器用于級聯式催化聯合化療


腫瘤微環境(tumor microenvironment, TME)介導的納米催化治療主要是利用無毒或低毒的納米材料,通過選擇性地催化、觸發TME內部的特定化學反應,在局部產生數量可觀的特定反應產物如活性氧物種(reactive oxygen species, ROS)的腫瘤治療策略,從而實現一系列的生物學和病理學響應,并降低對正常組織的副作用,是一種腫瘤特異性的治療方式。但是,TME介導的納米催化治療效率一般會受腫瘤內H2O2水平和酸度不足的限制。因此,能否通過調節TME而增強腫瘤催化治療效果成為當前研究的熱點之一。


雖然已有為數不多的研究報道了納米級聯催化療法并顯示出通過自供給H2O2和H+而增強產生ROS的潛能,但是,這一過程中腫瘤乏氧的加重可能導致腫瘤的增殖和轉移,也很難精準地將H2O2遞送到腫瘤部位。特別需要注意的是,腫瘤細胞需要大量的營養物質才能快速增殖,這使得腫瘤細胞中的葡萄糖濃度高于正常細胞。鑒于此,葡萄糖氧化酶(GOx)作為一種天然的蛋白酶,被用來有效催化葡萄糖并在腫瘤區域生成H2O2和葡萄糖酸。然而,游離的GOx不但不穩定而且缺乏腫瘤的特異性,其在苛刻的TME中的催化活性和穩定性都大大降低,也會很快從腫瘤中滲出并到達正常組織,從而降低了級聯催化治療的療效且容易造成對正常組織的損傷。


近日,中國科學院高能物理研究所納米生物效應與安全性重點實驗室的研究人員設計了一種TME中葡萄糖響應的級聯納米催化反應器(cascaded nanocatalytic reactor, NCR)用于級聯式催化聯合化療,有效地解決了上述問題。該納米反應器主要是利用MoS2納米酶(MoS2@CGTC NCR,C代表殼聚糖,G代表GOx,T代表乏氧激活型抗腫瘤藥物替拉扎明TPZ)設計而成。在酸性TME中,MoS2@CGTC反應器上的殼聚糖逐漸降解并使得GOx的催化特性顯現,該級聯納米催化反應器克服了GOx單獨使用時易從腫瘤內滲出到正常組織的局限性。GOx催化TME中高表達的葡萄糖并生成H2O2的同時產生更多的H+和消耗了更多的O2,從而加劇了瘤內的酸度和乏氧。從NCR上釋放出來的TPZ被加劇的乏氧TME激活并產生更多的自由基,而NCR中的基體MoS2具有擬過氧化物酶的功能,可以催化GOx催化葡萄糖分解過程產生的H2O2為羥基自由基的同時還可將腫瘤內高表達的抗氧化劑GSH催化氧化為GSSG,打破了細胞內抗氧化劑的保護平衡,從而實現TME響應的“自增強”催化治療/化療的聯合治療。與同等劑量的游離TPZ抗腫瘤療效相比,MoS2@CGTC NCR可以產生更多的自由基,從而使得抗腫瘤療效更為顯著并抑制了腫瘤轉移。此外,MoS2@CGTC的載體MoS2參與級聯式催化療法聯合化療后,在TME中逐漸尺寸縮減并降解后以低毒的鉬酸鹽的形式排出體外,從而減少了治療過程對正常組織的損傷。

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圖1.(A)自組裝MoS2@CGTC NCR的設計原理圖;(B)MoS2@CGTC NCR實現葡萄糖響應的自調節TME增強級聯式催化聯合放療的思路。


這一成果近期發表在Materials Horizons 上,文章的第一作者是中國科學院高能物理研究所的博士研究生梅林強。中科院高能物理研究所的谷戰軍研究員和尹文艷副研究員為該文章的共同通訊作者。


參考文獻:Linqiang Mei, Dongqing Ma, Qin Gao, Xiao Zhang, Wenhui Fu, Xinghua Dong, Gengmei Xing, Wenyan Yin*, Zhanjun Gu*, Yuliang Zhao. Glucose-responsive cascaded nanocatalytic reactor with self-modulation of the tumor microenvironment for enhanced chemo-catalytic therapy. Materials Horizons 2020. DOI: 10.1039/d0mh00105h


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