杭州师范大学孙鸿程副教授、刘俊秋教授团队:NIR-II光驱动核壳纳米马达通过氧化应激协调光热模态增强肿瘤治疗

文摘   2024-08-07 09:00   新加坡  

图1. 定制化设计核壳SP@GFP纳米马达用于乳腺癌的癌症协同治疗。(A) SP@GFP纳米马达结构构筑示意图。(B)利用SP@GFP纳米马达光热控制自推进、光热放大催化及前药治疗用于重塑氧化应激和促进铁死亡。

      光疗因其具有最小的侵袭性、时空可控性和操作简便性,正成为癌症治疗的一种前沿模式,特别是,近红外II光热治疗(NIR-II,1000-1700 nm)因其更深的组织穿透力(>1 cm)、较低的组织自发荧光和对正常组织的损伤最小化而在现代医学中受到越来越多的关注。然而,癌症细胞光热的损伤将激活其自我保存(如热休克蛋白高表达)来实现自我修复,这将严重损害光热治疗效果。同时,高水平的ROS会对重要的细胞成分造成损伤,并通过氧化应激调节代谢,最终导致细胞凋亡和坏死。考虑到光热转化可以促进氧化物种的催化生成,同时ROS水平的升高可以下调HSP以激活光热性能。因此,合理设计具有光热和氧化应激的纳米材料可能是实现“1+1>2”协同抗肿瘤治疗的有效方法。

      基于此,杭州师范大学刘俊秋教授团队开发了一种NIR-II控制的核壳纳米马达(SP@GFP),通过自驱动粒子主动运动和氧化应激/光热协调增强抗肿瘤治疗(图1)。该SP@GFP纳米马达能够通过NIR-II激光驱动的自热泳效应增强粒子自主运动能力。细胞实验研究表明,SP@GFP纳米马达能够增强药物在肿瘤细胞的富集能力和肿瘤穿透深度。此外,纳米马达协同光热效应和持续H2O2供应促进顺铂药物的释放和Fenton介导的ROS的产生,同时,氧化应激引起的线粒体功能障碍和GSH的同步消耗导致HSP90和GPX4的表达下调,进一步反馈癌症细胞中光热和化疗效应以及铁死亡途径。小鼠体内实验结果表明,SP@GFP纳米马达能够显著抑制小鼠体内肿瘤生长速率和延长小鼠存活率(图2)。这一研究为肿瘤精准治疗提供了一种新颖且有效的策略,展示了多功能纳米马达平台在肿瘤治疗中的巨大潜力。

图2. SP@GFP纳米马达用于体内协同抗肿瘤治疗。

作者简介:
      孙鸿程,杭州师范大学副教授,分别于2011年和2016年在吉林大学获得学士学位和博士学位,随后赴美国圣路易斯华盛顿大学开展博士后研究工作。2019年加入杭州师范大学,目前开展纳米催化反应器用于肿瘤治疗的研究。迄今为止,共发表SCI论文40余篇,其中以第一作者/通讯作者在Angew Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、ACS NANO、Adv. Sci.等期刊上发表SCI论文20余篇,授权发明专利3项。主持国家自然科学基金面上/青年项目、浙江省自然科学基金探索项目等5项。

      刘俊秋,教授,博士生导师,国家基金委杰出青年基金获得者,教育部长江学者特聘教授。主要从事仿生化学、生物超分子组装及智能纳米载药系统等方面的研究工作。先后主持或参与了国家863、973项目、基金委重点项目、科技部重点研发课题等一系列重大重点项目,在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名期刊已发表SCI研究论文300余篇,主编英文专著1部,参编10余部。兼任Journal of Biomaterials and Nanobitechnology, General Chemistry, Polymer Sciences, 高等学校化学学报等杂志编委。担任中国生物物理学会纳米酶分会副会长、中国化学会高级会员、中国化学会化学生物学专业委员会委员、中国生物材料学会生物医用高分子材料分会委员等职务。

论文信息:

Yuwei Gao, Yan Li, Xuesha Yan, Yan Zhu, Zhengwei Xu, You Xu, Shuangjiang Yu, Junhua Wan*, Junqiu Liu* and Hongcheng Sun*. NIR-II Light-Powered Core-Shell Prodrug Nanomotors Enhance Cancer Therapy through Synergistic Oxidative Stress-Photothermo Modulation. Acta Biomaterialia, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.07.030

     该项工作得到了国家自然科学基金(No. 22371062, 22275046, 22075065),科技部重点研发计划(2020YFA0908500),浙江省自然科学基金 (No. LY23E030001),杭州市领军型创新团队项目(TD2022001)及杭州师范大学交叉学科研究项目(2024JCXK01)等经费的联合支持。

Acta Biomaterialia
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