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Angew. Chem. :HXV2O5纳米催化剂联合超声增效肿瘤催化治疗2022-10-10
多重放大肿瘤氧化应激被证实是增效活性氧介导的癌症治疗的有效策略之一。另外,除了直接增加活性氧水平之外,耗竭肿瘤内谷胱甘肽等抗氧化剂也被证实是破坏癌细胞氧化还原平衡、放大胞内氧化应激的有效策略。然而,设计制备具有多重催化活性的纳米催化剂用于放大氧化应激仍具有较大的挑战。

近年来,许多研究者报道了含有多价态金属元素(如Fe2+/3+、Cu1+/2+、Mn2+/3+)的多功能纳米催化剂可催化细胞内双氧水分解为活性氧自由基,并同时消耗内源的谷胱甘肽,从而双重放大局部氧化应激提高抗肿瘤治疗效果。同时,相比于激光介导的光动力治疗,超声引发的声动力治疗具有较高的组织穿透深度等优势,已经发展成为一种有效的、副作用低的非侵入性治疗策略。因此,发展一种新型纳米催化剂,在肿瘤内源双氧水和谷胱甘肽响应和外源超声刺激作用下多重放大肿瘤氧化应激,从而进一步提高肿瘤治疗疗效,是当前研究的热点和难点。

近日,苏州大学程亮教授课题组通过氧化反应联合气体辅助崩解反应制备了一种新型的含多价态钒的纳米催化剂HXV2O5,并将其用于三重放大局部氧化应激增效肿瘤催化治疗。肿瘤细胞内氧化应激放大会引起线粒体功能障碍、DNA损伤以及细胞周期停滞等抑制细胞增殖,从而促进癌细胞死亡。

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以氢化钒(V2H)为原料,通过双氧水氧化以及产生的氧气辅助崩解反应,制备得到纳米棒状结构的HXV2O5催化剂。反应体系由黑色变成棕色,最后变成墨绿色。同时氢化钒原料由块状变成聚集体,最后变成纳米棒。纳米棒的长度约为130纳米,宽度约为4.5纳米,且具有均匀的氧元素和钒元素分布。

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通过活性氧探针以及电子顺磁共振波谱等手段证实了HXV2O5纳米催化剂可以催化双氧水产生羟基自由基,并且该催化剂可以被超声激发并活化周围的氧分子和水分子产生活性氧自由基。同时,利用谷胱甘肽试剂盒证实了HXV2O5催化剂可以有效地耗竭谷胱甘肽,从而实现多重放大氧化应激。

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基于HXV2O5纳米催化剂多重放大肿瘤氧化应激的功能,在小鼠肿瘤模型上观测到显著的抑制肿瘤生长。肿瘤组织染色进一步证实了注射HXV2O5纳米催化剂并辅助超声显著放大瘤内氧化应激,产生大量的活性氧引起DNA损伤和抑制细胞增殖,从而引发癌细胞死亡。总之,本工作发展了简便的氧化法和气体辅助崩解反应制备得到具有多种催化功能的钒纳米催化剂,在超声辅助作用下可多重放大肿瘤氧化应激,触发高效的肿瘤催化治疗,凸显了活性氧介导的肿瘤治疗优势。

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文信息

HXV2O5 Nanocatalysts Combined with Ultrasound for Triple Amplification of Oxidative Stress to Enhance Cancer Catalytic Therapy

Linqian Hou, Dr. Fei Gong, Zhihui Han, Yuanjie Wang, Yuqi Yang, Shuning Cheng, Nailin Yang, Prof. Zhuang Liu, Prof. Liang Cheng

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202208849

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