基于納米催化劑的連鎖催化反應(yīng)用于腫瘤治療的示意圖

癌癥是少數(shù)現(xiàn)代醫(yī)學仍然無法攻克的疾病之一，癌細胞以其復(fù)雜多樣的代謝方式和生態(tài)微環(huán)境給癌癥治療帶來極大的困難。在目前癌癥的治療策略中，化療仍是zui常用的手段之一。但常規(guī)的癌癥化療，在高毒性的藥物作用于全身造成強烈毒副作用的同時，病灶的藥效卻隨之大幅降低。事實上，強毒副作用與低化療效果成為了癌癥病人的主要死亡原因之一。因此，開發(fā)無毒、安全和的癌癥治療體系尤為重要。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員施劍林、陳雨帶領(lǐng)的科研團隊提出了“納米催化醫(yī)學”的新型腫瘤治療策略，利用多元化、高選擇性和高特異性的催化反應(yīng)實現(xiàn)安全、無毒藥物在腫瘤區(qū)域微環(huán)境刺激下原位轉(zhuǎn)化為有毒物質(zhì)，從而達到選擇性殺死腫瘤細胞而不對正常組織產(chǎn)生毒副作用的目的。的一項將納米催化醫(yī)學策略成功應(yīng)用于腫瘤治療的工作發(fā)表在《自然 - 通訊》上。

在該項工作中，研究團隊合成了一種枝狀介孔二氧化硅納米粒子作為藥物輸運系統(tǒng)載體，依次負載直徑 2 nm 的超小四氧化三鐵納米粒子和葡萄糖氧化酶，構(gòu)建一種新型的納米催化劑。該納米催化劑中的葡萄糖氧化酶是一種高活性有機酶，且四氧化三鐵納米粒子是一種、高穩(wěn)定性的 Fenton 反應(yīng)催化劑。該催化劑利用腫瘤細胞內(nèi)旺盛的葡萄糖原料和微酸性代謝環(huán)境，連鎖地進行的生物酶催化反應(yīng)和化學 Fenton 催化反應(yīng)。在*步生物酶催化反應(yīng)中，葡萄糖氧化酶選擇性地催化腫瘤內(nèi)的 d - 葡萄糖生成過氧化氫與葡萄糖內(nèi)脂。過氧化氫作為下一步化學 Fenton 催化反應(yīng)的反應(yīng)物，在酸性條件下被四氧化三鐵催化生成高毒性的活性氧物種 - 羥基自由基。高毒性的羥基自由基可以誘導腫瘤細胞的凋亡，在實現(xiàn)殺死腫瘤細胞的同時，不對正常的組織和器官造成損害。體內(nèi)動物實驗結(jié)果顯示，該納米催化劑對健康的小鼠在 1 個月的時間內(nèi)沒有不良影響，表明其具有良好的體內(nèi)生物安全性。在荷瘤鼠的體內(nèi)治療毒性研究中發(fā)現(xiàn)，其對于 4T1 腫瘤和 U87 腦膠質(zhì)瘤腫瘤的抑制效率分別達 64.67% 和 57.24%，表明該納米催化劑具有較好的腫瘤殺傷和抑制能力。

此外，該團隊利用瘤內(nèi)催化反應(yīng)策略，開展了不同的無毒副作用腫瘤化療的系列前沿探索工作。如利用介孔氧化硅納米顆粒作為載體，將無毒的金屬樸啉分子輸運至癌癥病灶，在常規(guī)的超聲外場作用下，瘤內(nèi)催化產(chǎn)生大量單線態(tài)氧自由基，安全殺滅腫瘤（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1275-1284）。該團隊還合成得到無毒的非晶鐵納米顆粒，進入腫瘤后，這種納米顆粒在腫瘤弱酸性環(huán)境下釋放出二價鐵離子，催化腫瘤過表達的過氧化氫，原位產(chǎn)生活性氧組分，同樣達到安全殺滅腫瘤的目的（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2101-2106）。這些工作為未來的腫瘤治療提供了全新的路徑。

該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃“青年科學家”專項（納米專項）、國家自然科學基金、中國化學會青年人才托舉工程以及中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助和支持。