陳小元&楊黃浩Angew. Chem. Int. Ed.: 基于MnO2的納米藥物消耗谷胱甘肽同時增強化學動力學治療

【引言】

活性氧（ROS）可以破壞生物分子如脂質，蛋白質和DNA等大分子從而具有殺死細胞的能力。近年來，科研工作者致力于開發基于ROS治療癌癥的策略，尤其是化學動力學療法（CDT），譬如利用鐵介導的Fenton反應通過將腫瘤細胞過表達內源的H2O2轉化為?OH來誘導腫瘤細胞凋亡。然而，癌細胞中也有過度表達的GSH，作為細胞內抗氧化劑，GSH對由化學動力學療法產生的高活應性?OH具有強效的清除作用，因此極大地增加了癌細胞對氧化應激的抗性并降低CDT的療效。

【成果簡介】

近日，美國國立衛生院陳小元教授和福州大學楊黃浩教授（共同通訊作者）首次報道了基于MnO2的自增強CDT納米劑，它在消耗GSH的同時還能產生Mn2+，同時在生理介質中富含HCO3-的情況下，Mn2+能發生類Fenton反應將H2O2轉化為?OH。當MnO2包被的介孔二氧化硅納米顆粒（MS@MnO2 NPs）被癌細胞攝取時，MnO2殼與GSH發生反應，生成氧化型谷胱甘肽和Mn2+，導致了GSH消耗增強的CDT。同時，GSH致使MnO2解離增強了MRI對比效果，實現MRI監測的化學動力學組合療法。該研究成果以題為“Simultaneous Fenton-Like Ion Delivery and Glutathione Depletion by MnO2-Based Nanoagent Enhances Chemodynamic Therapy”發布在國際著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

【圖文導讀】

圖一：納米藥物MS@MnO2 NPs的作用機理圖示

(a) MnO2作為一種智能化學動力學的增強劑增強CDT效果；

(b) MS@MnO2 NPs在細胞內診療一體效果示意圖。

圖二：納米藥物的尺寸和組成表征

(a) MS@MnO2 NPs和SH-MS NPs（插圖）的TEM圖像；

(b) MS@MnO2 NPs和SH-MS NPs的小角XRD衍射圖像；

(c) MS@MnO2 NPs和SH-MS NPs的氮氣吸附-解吸等溫線和孔徑分布曲線（插圖）；

(d) MS@MnO2 NPs的EDS圖譜。

圖三：溶液性質實驗

(a) 不同溶液中MB被Mn2+介導的類Fenton反應降解的紫外-可見光吸收光譜；

(b) 有無GSH條件下MB被Mn2+介導的類Fenton反應降解的紫外-可見光吸收光譜；

(c) H2O2和不同濃度GSH處理的MS@MnO2 NPs對MB的影響；

(d) 相同條件下Mn2+和MS@MnO2 NPs降解MB的百分比；

(e) 有無GSH條件下MS@MnO2 NPs的r1值；

(f) 不同濃度的GSH引起的CPT釋放曲線。

圖四：細胞實驗

(a) 有無L-BSO（GSH抑制劑）條件下Mn2+的化學動力學毒性；

(b) 24 h時MnCl2, MS@MnO2 NPs和MS@MnO2-CPT對U87MG細胞的毒性；

(c) 不同材料孵育的細胞DCF熒光成像圖。

圖五：活體實驗與組織切片

(a) 注射MS@MnO2 NPs后不同時間的T1加權成像（紅色指示腫瘤）；

(b) 注射不同材料后腫瘤體積生長曲線；

(c) PBS和MS@MnO2 NPs的TUNEL染色對比；

(d) 不同材料腫瘤區域的H&E染色對比。

【小結】

本文首次制備了一種基于MnO2自增強的CDT納米藥物，在消耗GSH后，其產生的Mn2+可以發生類Fenton反應。在生理HCO3-作用下，Mn2+能更多的將內源H2O2轉化為活性較強的?OH，達到殺死腫瘤細胞的目的。在內部包載CPT后，GSH也能引發內部的CPT釋放，在解離MnO2的同時，增強其T1成像，達到診療一體的目的。

文獻鏈接：Simultaneous Fenton-Like Ion Delivery and Glutathione Depletion by MnO2-Based Nanoagent Enhances Chemodynamic Therapy?(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201712027)

本文由材料人生物材料組大兵哥供稿，材料牛編輯整理。

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