近日，中国科学院合肥物质院强磁场科学中心王辉研究员课题组与健康所钱俊超研究员课题组合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），构建出一种具有催化活性的光响应性铁掺杂碳基纳米酶（FDCN），用于近红外二区（NIR-II）光热增强的化学动力学治疗。相关成果以“NIR-II Responsive Fe-doped Carbon Nanoparticles for Photothermal Enhanced Chemodynamic Synergistic Oncotherapy”为题发表在国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces。
近年来，碳基纳米酶介导的化学动力学治疗（CDT）在肿瘤催化治疗领域受到广泛关注。然而，其催化过氧化氢（H2O2）生成羟自由基（·OH）的效率并不理想。
为了克服这一限制，研究团队通过溶剂热法引入微量金属（Fe）元素，在不损害生物安全性的前提下显著提高CDT的疗效。特别值得注意的是，光热疗法（PTT）通过吸收光能并将其转化为热能，能够在局部区域产生高温，这为加速芬顿（Fenton）反应提供了可能。因此，将CDT与PTT结合，不仅可以利用PTT产生的热能促进·OH的快速生成，还可以通过CDT解决PTT中的光穿透问题，进一步提升PTT的治疗效果。
这种新型FDCN的设计巧妙地解决了传统碳基纳米酶在催化效率上的限制，它不仅能有效地催化癌细胞内H2O2的分解，从而为CDT提供必需的·OH，还能通过其显著的NIR-II吸收特性，进一步放大CDT的疗效。
实验结果表明，新型FDCN在细胞和组织水平上均表现出优异的生物安全性以及肿瘤催化治疗功效。这一进展不仅为肿瘤催化治疗提供了新的策略，也为未来碳基纳米材料在生物医学领域的应用发展了新路径。该项研究借助了SHMFF的电子自旋共振谱仪（ESR）等测量系统。
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基金、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://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.4c09215
图1. FDCN纳米酶协同抗肿瘤机制示意图