浙江理工大学王秉教授:针对肿瘤微环境特征设计的级联葡萄糖氧化酶和Fe3O4纳米酶催化纳米系统用于协同增强肿瘤光动力治疗

文摘   2024-10-31 07:58   美国  

图1.(A)MNPs/GOD@CS/IR820的级联催化过程。(B)各种纳米颗粒的电子自旋共振(ESR)信号。MNPs/GOD@CS/IR820在加入不同浓度的(C)HO或(F)葡萄糖后,随时间变化的吸光度(n=5)。(D)MNPs/GOD@CS/IR820中MNPs的Michaelis–Menten kinetics动力学和(E)Lineweaver–Burk图(n=5)。(G)MNPs/GOD@CS/IR820中GOD-MNPs的Michaelis–Menten kinetics动力学和(H)Lineweaver–Burk绘图(n=5)。

      肿瘤微环境(TME)是指肿瘤细胞及其周围细胞、基质、血管和免疫细胞等相互作用的生态系统,具有一系列独特的特征。随着肿瘤研究的不断深入,肿瘤微环境在肿瘤发生发展过程中的重要性日益被认可。肿瘤细胞具有很高的增殖速率,导致肿瘤组织形成复杂的血管网络,从而使其对营养物质的需求和代谢速度显著高于正常组织。然而,由于肿瘤细胞的代谢需求超过了血液供应,肿瘤区域常常处于缺氧状态,这种低氧条件诱导了结构和功能不完善的新生血管的形成,进一步加剧了TME中的缺氧。此外,高代谢状态还导致线粒体呼吸功能的异常,使得TME中存在少量的HO。由于缺氧微环境的影响,葡萄糖作为肿瘤增殖和代谢的关键营养物质主要通过厌氧糖酵解在肿瘤组织中被利用,从而使TME呈现为酸性。这些特征共同构成了一种复杂的肿瘤微环境,为肿瘤治疗带来了挑战。

      因此,针对TME高代谢、酸性和缺氧等特征,浙江理工大学王秉教授、华西医院放射科博士后李博等联合开发了一种纳米系统:MNPs/GOD@CS/ IR820,其能够在外加磁场的作用下主动靶向地聚集到肿瘤部位,并在弱酸性TME中释放活性成分,缓解缺氧和内源性HO缺乏分别对PDT和CDT的限制,从而实现协同治疗。此外,该系统的多模态成像能力促进了精确的肿瘤定位和实时、非侵入性的体内评估,采用了荧光成像和MRI技术。体外和体内评估展现了显著的抗肿瘤疗效,能够有效抑制肿瘤生长并提高生存率。通过全面应对复杂肿瘤微环境带来的挑战并增强实时监测能力,该纳米系统为个性化和精准癌症治疗开辟了新的途径。使得化学动力疗法(CDT)和光动力疗法(PDT)能够有效结合,从而提高治疗效果。

图2. MNPs/GOD@CS/IR820的CDT协同增强PDT治疗的作用机制。

作者简介:    

      第一作者:浙江理工大学硕士李佳乐和四川大学华西医院放射科博士后李博。

      通讯作者:王秉,浙江理工大学教授、博士生导师,长期从事生物医用功能材料领域的研究。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等各类科研项目20余项,发表SCI论文100余篇,获授权国家发明专利140多项,出版学术专著3部。

论文信息:

Jiale Li#, Bo Li#, Feng Liu, Ming Deng, Ziying Zhang, Yutao Ran, Bing Wang*. A Multifunctional Nanosystem Catalyzed by Cascading Natural Glucose Oxidase and Fe3O4 Nanozymes for Synergistic Chemodynamic and Photodynamic Cancer Therapy. Acta Biomaterialia, 2024. 
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.10.024

      本研究得到国家重点研发计划(2022YFF0904100),国家自然科学基金(52273096)、四川省科技厅(2024YFFK0204, 2024NSFSC1586, 2023NSFSC1944)、四川大学华西口腔医院探索与研发项目(RD-03-202102)、四川大学“从0到1” 创新研究项目(2023CUH0037)资助。

Acta Biomaterialia
High impact biomaterials research advancing understanding of structure, properties, and function
 最新文章