「納米催化醫學」腫瘤治療新策略

癌症是少數現代醫學仍然無法攻克的疾病之一，癌細胞以其複雜多樣的代謝方式和生態微環境給癌症治療帶來極大的困難。在目前癌症的治療策略中，化療仍是最常用的手段之一。但常規的癌症化療，在高毒性的藥物作用於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症病人的主要死亡原因之一。因此，開發無毒、安全和高效的癌症治療體系尤為重要。（歡迎關注Science微信號：bioeg_cn）

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員施劍林、陳雨帶領的科研團隊提出了「納米催化醫學」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實現安全、無毒藥物在腫瘤區域微環境刺激下原位轉化為有毒物質，從而達到選擇性殺死腫瘤細胞而不對正常組織產生毒副作用的目的。最新的一項將納米催化醫學策略成功應用於腫瘤治療的工作發表在《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效、高穩定性的Fenton反應催化劑。該催化劑利用腫瘤細胞內旺盛的葡萄糖原料和微酸性代謝環境，連鎖地進行高效的生物酶催化反應和化學Fenton催化反應。在第一步生物酶催化反應中，葡萄糖氧化酶選擇性地催化腫瘤內的d-葡萄糖生成過氧化氫與葡萄糖內脂。過氧化氫作為下一步化學Fenton催化反應的反應物，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。體內動物實驗結果顯示，該納米催化劑對健康的小鼠在1個月的時間內沒有不良影響，表明其具有良好的體內生物安全性。在荷瘤鼠的體內治療毒性研究中發現，其對於4T1乳腺癌腫瘤和U87腦膠質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，該團隊利用瘤內催化反應策略，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，將無毒的金屬朴啉分子輸運至癌症病灶，在常規的超聲外場作用下，瘤內催化產生大量單線態氧自由基，安全高效殺滅腫瘤（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，進入腫瘤後，這種納米顆粒在腫瘤弱酸性環境下釋放出二價鐵離子，催化腫瘤過表達的過氧化氫，原位產生活性氧組分，同樣達到安全高效殺滅腫瘤的目的（Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55， 2101-2106）。這些工作為未來的腫瘤精準治療提供了全新的路徑。

該研究工作得到了國家重點研發計劃「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新促進會等的資助和支持。

來源：上海硅酸鹽所

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