近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場(chǎng)中心王輝研究員團(tuán)隊(duì)與新加坡南洋理工大學(xué)趙彥利教授團(tuán)隊(duì)合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置電子順磁共振譜儀，成功構(gòu)建出一種新型海膽狀銅單原子納米酶，并揭示了海膽針刺長(zhǎng)度與細(xì)胞內(nèi)吞效率及相應(yīng)腫瘤催化治療效果之間的構(gòu)效關(guān)系，相關(guān)研究成果以Tuning the Needling Length of Copper Single-Atom Nanozyme for Enhanced Cellular Uptake and Chemodynamic Therapy為題，發(fā)表在國(guó)際期刊ACS Nano上。
該研究采用多巴胺和氯化銅為前驅(qū)體，利用課題組發(fā)展的有機(jī)分子碳化-自還原策略，一步合成出海膽狀銅單原子納米酶(UCCSE)，并通過(guò)精細(xì)調(diào)控表面針刺長(zhǎng)度進(jìn)而優(yōu)化其催化性能。在腫瘤微環(huán)境中，UCCSE同時(shí)展現(xiàn)出類過(guò)氧化物酶與類谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性：一方面催化內(nèi)源性H2O2持續(xù)產(chǎn)生高活性的羥基自由基(?OH)，另一方面消耗細(xì)胞內(nèi)還原性谷胱甘肽，抑制?OH被清除，從而放大氧化應(yīng)激效應(yīng),提升化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療效果。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合電子順磁共振測(cè)量、米氏動(dòng)力學(xué)分析及理論計(jì)算等多種手段進(jìn)一步證實(shí)了UCCSE的高類芬頓催化效率源自高度分散的CuN4單原子活性位點(diǎn)。
更重要的是，合作團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)研究了海膽針刺長(zhǎng)度與細(xì)胞內(nèi)吞行為之間的構(gòu)效關(guān)系。依托活細(xì)胞成像工作站及細(xì)胞內(nèi)銅含量測(cè)定等技術(shù)，研究者發(fā)現(xiàn)UCCSE通過(guò)內(nèi)吞途徑被細(xì)胞攝取，其在相同時(shí)間內(nèi)的胞內(nèi)聚集量及相應(yīng)的腫瘤細(xì)胞殺傷能力均隨針刺長(zhǎng)度增加而顯著提升，充分證明了針刺形貌能夠顯著增強(qiáng)納米酶的內(nèi)吞效率和腫瘤細(xì)胞攝取能力。該結(jié)果從創(chuàng)新的微觀形貌調(diào)控視角，為進(jìn)一步提升單原子納米酶的腫瘤化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療性能提供了新思路。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UCCSE在細(xì)胞水平和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中均展現(xiàn)出了優(yōu)異的抗腫瘤效果。不同針刺長(zhǎng)度的UCCSE在體內(nèi)治療表現(xiàn)上存在顯著差異：長(zhǎng)針刺結(jié)構(gòu)在血液中具有更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間和更高的腫瘤富集能力，顯示出最強(qiáng)的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用，同時(shí)未對(duì)小鼠主要臟器和組織造成明顯不良影響，表現(xiàn)出良好的生物安全性。
該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省杰出青年科學(xué)基金、合肥物質(zhì)院拔尖人才培育計(jì)劃、強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室方向基金、安徽省博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16218
圖 1. UCCSE的合成及腫瘤催化治療示意圖
