近日，中國海洋大學(xué)美獅會、海洋藥物教育部重點實驗室姜帥教授團隊與食品科學(xué)與工程學(xué)院毛相朝教授團隊聯(lián)合德國馬普高分子所Katharina Landfester教授，開發(fā)了基于酶催化反應(yīng)的新型抗腫瘤納米藥物，研究成果以題為“Self-Sustained Biophotocatalytic Nano-Organelle Reactors with Programmable DNA Switches for Combating Tumor Metastasis”（具有可編程 DNA 開關(guān)的自我維持生物光催化納米反應(yīng)器用于抑制腫瘤轉(zhuǎn)移）發(fā)表于國際納米領(lǐng)域頂尖期刊Advanced Materials。

腫瘤轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致癌癥相關(guān)死亡的主要原因。迄今為止，針對腫瘤轉(zhuǎn)移的有效治療策略尚未取得顯著突破。光動力療法（PDT）因其獨特的時空激活、非侵入性及較低的毒副作用，在多種癌癥治療中展現(xiàn)出巨大潛力。然而，PDT因光穿透深度有限，在治療深層腫瘤轉(zhuǎn)移病灶方面存在明顯局限。此外，PDT過程中O₂的消耗會加劇腫瘤微環(huán)境的缺氧狀態(tài)，缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）表達的上調(diào)，促進了腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。

為克服上述限制，研究人員受活細胞區(qū)室化及位置組裝策略的啟發(fā)，開發(fā)了一種DNA門控的仿生納米反應(yīng)器，以實現(xiàn)針對腫瘤轉(zhuǎn)移的高效、特異性催化治療。該納米反應(yīng)器利用葡萄糖作為生物燃料生成H₂O₂，隨后H₂O₂與高能發(fā)光分子魯米諾反應(yīng)，產(chǎn)生強烈的化學(xué)發(fā)光，實現(xiàn)無需外部光源刺激的化學(xué)能激發(fā)型PDT。同時，納米反應(yīng)器中共封裝的血紅蛋白不僅為葡萄糖生物轉(zhuǎn)化和PDT提供O₂，還具有類過氧化物酶活性，進一步放大活性氧（ROS）的生成。重要的是，該納米反應(yīng)器的催化功能可通過DNA開關(guān)屏蔽，僅在腫瘤組織內(nèi)通過核酸鏈置換反應(yīng)按需激活，確保靶向治療并最大限度降低脫靶效應(yīng)。體內(nèi)外實驗表明，該納米反應(yīng)器可實現(xiàn)光和氧氣自給自足，并能精準打擊腫瘤，為治療高度轉(zhuǎn)移性癌癥提供了一個極具前景的解決方案。上述受細胞啟發(fā)的區(qū)室化封裝策略能夠靈活整合并協(xié)同遞送多種模塊，包括小分子、蛋白質(zhì)和核酸，顯著擴展了其在腫瘤代謝治療、化學(xué)發(fā)光成像及協(xié)同基因治療等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

圖1  仿生納米反應(yīng)器的合成過程和抗腫瘤機制示意圖

中國海洋大學(xué)為該研究成果的第一完成單位和第一通訊作者單位，姜帥教授、毛相朝教授和Katharina Landfester教授為共同通訊作者，中國海洋大學(xué)美獅會博士研究生韓文帥為第一作者，相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項目的支持。

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https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202415030