腫瘤微環(huán)境具有乏氧程度嚴(yán)重、谷胱甘肽（GSH）過度表達(dá)以及過氧化氫水平高等特點，大大削弱了單一療法的抗癌效力。為了克服這一困難，人們基于具有催化作用的納米酶設(shè)計開發(fā)了多種可調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境的協(xié)同治療模式，旨在有效提高治療效力。然而，這類納米酶設(shè)計主要是通過復(fù)雜的工序?qū)?shù)種組分進行集成以實現(xiàn)多功能化，限制了其在臨床層面的應(yīng)用。因此，如何發(fā)展基于簡單工序的單體納米顆粒以實現(xiàn)“一體化（all in one）”功能是目前亟待解決的難題。
哈爾濱工程大學(xué)的楊飄萍和南洋理工大學(xué)的趙彥利等人聯(lián)合設(shè)計了一種新型超小錫鐵氧體（SFO）納米酶。在這一納米酶體系中，存在著Sn2+/Sn4+以及Fe2+/Fe3+兩對氧化還原電對（redox couples），能夠通過類芬頓反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基實現(xiàn)化學(xué)動力學(xué)治療（CDT）；同時該納米酶展現(xiàn)出了類GSH過氧化物酶活性，能夠清除過度表達(dá)的GSH并削弱腫瘤的抗氧化能力。更重要的是，SFO還具有類過氧化氫酶活性，能夠與過氧化氫反應(yīng)生成氧氣從而緩解腫瘤的嚴(yán)重乏氧。此外，在808納米激光輻照下，SFO納米酶還能產(chǎn)生光熱治療（PTT）和光動力治療效力（PDT）。結(jié)合CT和磁共振（MR）成像功能，這一“一體化”SFO納米酶還可以對治療過程實現(xiàn)更加精準(zhǔn)地監(jiān)測，展現(xiàn)出了極具潛力的協(xié)同治療效果。相關(guān)工作以“An Ultrasmall SnFe2O4 Nanozyme with Endogenous Oxygen Generation and Glutathione Depletion for Synergistic Cancer Therapy”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials。SFO通過簡單的水熱法進行制備，隨后再用pS-PEG進行功能修飾以增強親水性和生物相容性。XPS分析進一步確認(rèn)了SFO中錫、鐵、氧的價態(tài)，觀察到材料結(jié)構(gòu)中同時存在著Sn2+、Sn4+以及Fe2+、Fe3+，其中Sn4+和Sn2+的比例大約為0.92。由這些表征可知，SFO納米酶存在著Sn2+/Sn4+以及Fe2+/Fe3+兩對氧化還原電對，助力材料展現(xiàn)類芬頓、類過氧化氫酶和類GSH過氧化物酶活性。為了確認(rèn)SFO的類酶性能，研究進行了細(xì)致的體外實驗。在過氧化氫溶液中，SFO在12分鐘內(nèi)的過氧化氫分解量就可以達(dá)到50%，且能在3小時內(nèi)持續(xù)清除過氧化氫；與此同時，溶液中的氧氣水平也能得到顯著的提升。TMB顯色反應(yīng)則發(fā)現(xiàn)，羥基自由基的產(chǎn)生量能隨著過氧化氫的增加而增加，證實了芬頓反應(yīng)的出現(xiàn)。在808nm激光輻照下，SFO溶液不僅展現(xiàn)出了高達(dá)42.3%的光熱轉(zhuǎn)換效率，還檢測到了?O2?的產(chǎn)生，表明SFO可以作為光敏劑和光熱材料用于PDT和PTT。此外，由于氧化還原對的存在，實驗也觀察到了明顯的GSH清除現(xiàn)象，從而削弱細(xì)胞抗氧化能力，進一步加強SFO的PDT和CDT效力。考慮到錫和碘具有相似的原子序數(shù)，文章研究了SFO的CT成像能力。錫的衰減系數(shù)與碘相似，因此CT成像中的HU值能夠隨著SFO濃度的增加而提高。與注射SFO前相比，注射后小鼠腫瘤的CT圖像信號明顯增強，HU值也從19.4±2.3HU提高到348.1±1.5HU。同時，由于SFO表現(xiàn)出了磁性性質(zhì)，研究人員也進行了磁共振成像實驗。實驗發(fā)現(xiàn)，腫瘤區(qū)域的MR信號在注射SFO后增強了1.2倍。這些數(shù)據(jù)表明，SFO具有活體的CT成像和MR成像造影能力。而在治療實驗中，體積、重量等監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在近紅外激光輻照下的SFO納米酶能夠在小鼠腫瘤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)CDT、PTT和PDT的協(xié)同治療，能夠顯著抑制甚至消除腫瘤。這一研究首次構(gòu)建了多功能化的超小SFO納米酶。SFO作為一種過氧化氫響應(yīng)的納米酶表現(xiàn)出了類過氧化氫酶和類GSH過氧化物酶的活性，在持續(xù)產(chǎn)生氧氣的同時能夠有效清除腫瘤區(qū)域的GSH。此外，具有多價元素的SFO還能夠?qū)崿F(xiàn)類芬頓反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基；在808nm激光輻照下也能展現(xiàn)出優(yōu)異的光治療作用。綜上而言，這一磁性超小SFO不僅可以磁靶向腫瘤區(qū)域，還能實現(xiàn)多模式成像引導(dǎo)的CDT/PTT/PDT協(xié)同治療，為納米酶的進一步臨床應(yīng)用提供了新的思路和機會。An Ultrasmall SnFe2O4 Nanozyme with Endogenous Oxygen Generation and Glutathione Depletion for Synergistic Cancer Therapyhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202006216
