近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员与华盛顿大学Miqin Zhang教授和香港中文大学医学院附属第二医院林文楚教授合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），通过结构工程化开发了具有双重酶活性的磁铁矿纳米酶（MNZs），并证明了其在治疗肿瘤过程中的结构依赖性行为。相关成果以“Structural engineering of magnetite nanozymes for enhanced chemodynamic cancer therapy”为题发表于国际期刊《化学工程期刊》(Chemical Engineering Journal, 2024, 490, 151867)。
自铁磁性纳米颗粒的过氧化物酶样活性被发现以来，MNZs作为天然酶的替代品，在肿瘤催化治疗领域得到了广泛的研究。然而，传统的MNZs在肿瘤微环境（TME）中的催化效率往往受到限制，这主要归因于羟基自由基（·OH）的低产生率。
为了解决这一难题，研究团队通过溶剂热法开发出具有双酶功能的MNZs，并用于三阴性乳腺癌的侵袭性肿瘤催化治疗。他们制备了三种不同形状的MNZs，包括片状、椭圆形和球形，以研究几何形式对治疗效果的影响并揭示体外和体内的潜在机制。
这些新型MNZs具有双重酶功能（图1）：一是类谷胱甘肽氧化酶（GSH-OXD）功能，能够催化GSH氧化，从而减少细胞内·OH的消耗；二是类过氧化物酶（POD）功能，能够催化H2O2的分解并产生高毒性·OH。借助SHMFF的电子自旋共振谱仪（ESR）检测·OH含量，这种自级联反应打破了细胞内活性氧生成和清除之间的稳态平衡，从而有效提高了肿瘤治疗效果。
实验结果表明，新型MNZs在细胞和组织水平上均表现出形状依赖的肿瘤催化治疗功效。这一进展不仅为肿瘤催化治疗提供了新的策略，也为未来纳米材料在生物医学领域的应用开辟了新的道路。
该研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金、中国科学院合肥大科学中心协同创新培育计划、合肥物质院院长基金拔尖培育计划、强磁场安徽省实验室方向基金等项目的资助。
论文链接: https://authors.elsevier.com/c/1j2rR4x7R2kDm4
图1. 具有双重酶活性的自级联MNZs用于肿瘤催化治疗的示意图。