自供H2O2的可降解铁掺杂磷酸盐玻璃纳米酶用于癌症治疗

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近年来,因其具备高效且可调控的催化活性、良好的生物相容性及高度稳定性,纳米酶在癌症治疗方面取得显著的成效,得到了研究人员的广泛关注。然而,纳米酶在体内应用时常常面临非特异性分布和体内难降解/清除等问题,导致了非靶标位置的不正常积累和缓慢代谢,从而增加了全身毒性。此外,作为反应底物,肿瘤部位匮乏的过氧化氢(H2O2)成为限制纳米酶发挥高效芬顿(Fenton)反应的不利因素。因此,亟需开发一种具有肿瘤微环境响应性的可降解的纳米酶,其能够规避肿瘤微环境乏氧或H2O2不足的缺陷,实现高效的选择性抗肿瘤性能。铁基pH敏感型纳米酶能够在酸性环境中表现为过氧化物酶(POD)活性,而在中性环境中则表现为过氧化氢酶(CAT)或超氧化物歧化酶(SOD)活性,这种酸性环境响应性氧化应激的性质使其成为癌症特异性治疗中研究最广泛的纳米酶之一。本论文首先合成了一种铁掺杂磷酸盐玻璃(Fe PBG)纳米酶,该纳米材料呈现约410 nm的规则球形结构,随后通过逐层自组装的方法先后将聚乙烯亚胺(PEI)和葡萄糖氧化酶(GOX)负载在Fe PBG纳米颗粒表面,制备得到一种可生物降解自供H2O2级联纳米酶(Fe PBG@GOX)。首先,Fe PBG@GOX表面的GOX作为初步反应催化剂,消耗葡萄糖在肿瘤组织生成大量的H2O2,而后,Fe PBG纳米酶通过Fenton反应催化底物H2O2特异性地产生大量的毒性·OH,进而诱导癌细胞的凋亡。其中Fe元素主要以+3价存在,保证了高效芬顿反应的发生。此外,Fe PBG具有良好的生物可降解性能,在中性缓冲液中24 h内的降解率达到了13.7%,能够规避无机纳米材料体内长期代谢而造成的毒性的风险。体外细胞毒性研究表明,Fe PBG@GOX发挥的级联催化反应表现出对底物葡萄糖的浓度依赖性,在高糖培养基中,GOX和Fe PBG共同介导了高效的级联反应,从而在肿瘤细胞内产生大量的活性氧(ROS),导致线粒体膜电位下降,诱导细胞的凋亡。在体内抗肿瘤研究中,原位注射Fe PBG@GOX纳米酶后,肿瘤生长受到明显抑制,实现了94.65%的肿瘤抑制率。综上所述,本论文利用肿瘤组织独特的微环境,包括更低的pH、丰富的葡萄糖和过量的H2O2,成功实现Fe PBG@GOX对肿瘤的选择性杀伤作用。构建的级联纳米材料能够克服纳米酶体内应用的不足,解决长期毒性的问题,拓宽了无机纳米酶在高效化学动力学疗法方面的应用。
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