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*本文首发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2022年8月10日
*编辑：俞纪元
纳米酶在肿瘤治疗等生物医学领域的应用潜力吸引了广大研究者的兴趣。近期，四川大学蒲雨吉副研究员等人构建了Fe3O4@MIL-100核壳结构纳米材料用于增强肿瘤催化治疗。将肿瘤微环境中的H2O2转化为高细胞毒性的羟基自由基 (•OH) 可实现抗肿瘤的效果，但是其抗肿瘤能力高度依赖于•OH的生成效率且易被癌细胞中高浓度抗氧化性物质（如谷胱甘肽）抑制。为了提高•OH的产生效率，作者设计了一种三管齐下（同时提高H2O2浓度、反应温度和催化速率）的纳米酶催化肿瘤治疗体系。具体地，利用β-lapachone选择性上调肿瘤微环境中H2O2浓度，通过局部近红外光照射负载的光敏剂IR780提高局部反应温度，结合高催化活性的Fe3O4@MIL-100核壳纳米材料，在肿瘤部位选择性产生大量•OH，用于增强肿瘤催化治疗。此外，铁基纳米材料还可消耗癌细胞内谷胱甘肽，同时诱导细胞凋亡和铁死亡，对4T1小鼠乳腺癌细胞显示出较强的抗增殖作用。体内抗肿瘤研究进一步证明了光声成像和荧光成像指导的联合肿瘤治疗。本研究提供了一种提高纳米酶催化肿瘤治疗功效的策略。
图1. 负载IR780的Fe3O4@MIL-100纳米复合材料（IFM）构建及其三管齐下增强H2O2转化为高细胞毒性•OH用于增强肿瘤催化治疗。
图文导读：
研究者首先以Fe3O4纳米粒子为核，通过逐层生长（layer-by-layer）的方法制备了Fe3O4@MIL-100 (FM) 纳米粒，然后将近红外染料IR780物理包载到FM的多孔MOF壳中制得IFM。Fe3O4@MIL-100具有优于Fe3O4和MIL-100的催化性能，其催化产生•OH的能力可在高浓度H2O2和高温条件下进一步提高。（图2）
图2.Fe3O4@MIL-100（FM）的催化性能评价。
负载近红外染料IR780对Fe3O4@MIL-100的催化活性无明显影响，并赋予纳米材料光热转化性能、光动力疗效和光声成像能力。（图3）
图3. IFM的光热转化性能及光热增强催化性能表征。
进一步地，IFM在体内的催化治疗性能研究表明，用β-lapachone预处理4T1癌细胞后，胞内H2O2水平明显提高，且在近红外光刺激后进一步提高了细胞内的活性氧 （ROS） 水平。同时，IFM还具有消耗胞内谷胱甘肽的能力，同时诱导细胞凋亡和铁死亡。（图4）
图4. IFM在细胞水平的催化肿瘤治疗评价。
体内光声成像和荧光成像结果表明， IFM注射后可聚集到肿瘤部位且在24小时达到最大富集。成像结果指导的光热辐照肿瘤实验中可观察到明显的体内光热转换和肿瘤温度升高，有利于增强肿瘤内产生•OH。小鼠体内抑瘤效果研究表明，IFM联合β-lapachone前处理和近红外光照射，显著提高了肿瘤部位活性氧水平，实现了增强催化肿瘤治疗，部分小鼠肿瘤可被完全清除。H&E染色和血常规生化研究结果表明，IFM具有良好的生物相容性。（图5）
图5. IFM的体内肿瘤疗效评价。
综上所述，研究者开发了一种用于光热增强肿瘤催化治疗的负载IR780的Fe3O4@MIL-100纳米复合材料，其表现出比MIL-100和Fe3O4纳米粒子更优的类过氧化物酶活性，并且通过提高肿瘤组织H2O2浓度和局部温度增强IFM催化生成•OH的能力，实现了显著增强的肿瘤催化治疗。
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撰稿：寸菊娥
审阅：李 通
编辑：王嘉正
