杭州师范大学刘俊秋教授团队《Adv. Sci.》：基于前药骨架的金属有机框架构筑酶驱动纳米马达用于增强肿瘤联合治疗

2023-05-20 来源：高分子科技

纳米马达是一种能够将其他类型的能量转换为机械推进力来产生自主运动的纳米粒子，在生物传感、环境修复甚至生物医学领域显示出巨大的应用前景。特别是在癌症治疗方面，各种驱动力的纳米马达已被开发用于自我推进和按指令递送药物。其中，利用酶催化将局部生物源燃料化学能转化为机械能的酶驱动纳米马达能够以感知生物微环境差异而备受关注，有望为传统治疗模型带来革命性的进步。

近日，杭州师范大学刘俊秋教授/孙鸿程副教授在酶驱动纳米马达用于增强肿瘤联合治疗研究方面取得新进展，该成果以“Self-Propelled Enzymatic Nanomotors from Prodrug-Skeletal Zeolitic Imidazolate Frameworks for Boosting Multimodel Cancer Therapy Efficiency”为题发表在Advanced Science上。第一作者为2020级硕士研究生余婕妤，通讯作者为刘俊秋教授和孙鸿程副教授。

调节细胞内氧化应激是癌症治疗的主要策略之一，因为活性氧化物质（ROS）的积累或者谷胱甘肽（GSH）的消耗可以通过线粒体功能障碍或诱导铁下垂导致细胞凋亡。该研究团队以低毒性的顺铂前药为骨架制备得到铂前药骨架的金属有机框架纳米材料（cPt ZIF）。通过封装葡萄糖氧化酶 (GOx)、过氧化氢酶（CAT）以及光敏分子（Ce6），构建了具有pH/GSH双重响应的酶驱动纳米马达药物递送系统（GC6@cPt ZIF）。与传统纳米粒子相比，设计的GC6@cPt ZIF纳米马达能够以生物底物葡萄糖为燃料级联催化产生的气态O₂推动粒子运动，从而促进细胞摄取以及实现药物在肿瘤部位的深层穿透。此外，生成的氧气还能够供予光敏分子Ce6增强PDT效果。酶促反应同时加剧了谷胱甘肽的消耗并敏化顺铂，增强化疗效果发挥。通过整合级联酶反应器、纳米马达、以及重塑肿瘤氧化应激微环境等先进策略，最终实现增强肿瘤饥饿、化疗及光动力联合治疗的效果。

图1 GC6@cPtZIF纳米马达的设计及其在肿瘤治疗中的应用

图2 GC6@cPt ZIF纳米马达的制备与理化性能表征

图3 GC6@cPt ZIF纳米马达细胞毒性研究

图4 GC6@cPt ZIF纳米马达在小鼠体内的抗癌疗效研究

体外实验显示，纳米马达的运动能力能够促进细胞摄取和药物在肿瘤组织的渗透，生成大量活性氧破坏胞内氧化应激平衡，从而导致细胞凋亡。进一步研究了纳米马达在活体中的抗肿瘤疗效，结果显示，纳米马达通过葡萄糖消耗、氧生成增强的PDT和GSH下调增强的cPt化疗的组合最大程度上抑制了肿瘤生长（图3）。

该研究工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、浙江省自然科学基金等项目的联合资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202301919

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（责任编辑：xu）

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