肿瘤微环境具有乏氧程度严重、谷胱甘肽（GSH）过度表达以及过氧化氢水平高等特点，大大削弱了单一疗法的抗癌效力。为了克服这一困难，人们基于具有催化作用的纳米酶设计开发了多种可调节肿瘤微环境的协同治疗模式，旨在有效提高治疗效力。然而，这类纳米酶设计主要是通过复杂的工序将数种组分进行集成以实现多功能化，限制了其在临床层面的应用。因此，如何发展基于简单工序的单体纳米颗粒以实现“一体化（all in one）”功能是目前亟待解决的难题。
哈尔滨工程大学的杨飘萍和南洋理工大学的赵彦利等人联合设计了一种新型超小锡铁氧体（SFO）纳米酶。在这一纳米酶体系中，存在着Sn2+/Sn4+以及Fe2+/Fe3+两对氧化还原电对（redox couples），能够通过类芬顿反应产生羟基自由基实现化学动力学治疗（CDT）；同时该纳米酶展现出了类GSH过氧化物酶活性，能够清除过度表达的GSH并削弱肿瘤的抗氧化能力。更重要的是，SFO还具有类过氧化氢酶活性，能够与过氧化氢反应生成氧气从而缓解肿瘤的严重乏氧。此外，在808纳米激光辐照下，SFO纳米酶还能产生光热治疗（PTT）和光动力治疗效力（PDT）。结合CT和磁共振（MR）成像功能，这一“一体化”SFO纳米酶还可以对治疗过程实现更加精准地监测，展现出了极具潜力的协同治疗效果。相关工作以“An Ultrasmall SnFe2O4 Nanozyme with Endogenous Oxygen Generation and Glutathione Depletion for Synergistic Cancer Therapy”为题发表在Advanced Functional Materials。
SFO的结构和组分
SFO通过简单的水热法进行制备，随后再用pS-PEG进行功能修饰以增强亲水性和生物相容性。XPS分析进一步确认了SFO中锡、铁、氧的价态，观察到材料结构中同时存在着Sn 2+、Sn 4+以及Fe 2+、Fe 3+，其中Sn 4+和Sn 2+的比例大约为0.92。由这些表征可知，SFO纳米酶存在着Sn 2+/Sn 4+以及Fe 2+/Fe 3+两对氧化还原电对，助力材料展现类芬顿、类过氧化氢酶和类GSH过氧化物酶活性。
图1SFO的制备和结构表征
SFO的性能表征
为了确认SFO的类酶性能，研究进行了细致的体外实验。在过氧化氢溶液中，SFO在12分钟内的过氧化氢分解量就可以达到50%，且能在3小时内持续清除过氧化氢；与此同时，溶液中的氧气水平也能得到显著的提升。TMB显色反应则发现，羟基自由基的产生量能随着过氧化氢的增加而增加，证实了芬顿反应的出现。在808nm激光辐照下，SFO溶液不仅展现出了高达42.3%的光热转换效率，还检测到了O 2 的产生，表明SFO可以作为光敏剂和光热材料用于PDT和PTT。此外，由于氧化还原对的存在，实验也观察到了明显的GSH清除现象，从而削弱细胞抗氧化能力，进一步加强SFO的PDT和CDT效力。
图2SFO的类酶性能表征
SFO的活体成像和治疗
考虑到锡和碘具有相似的原子序数，文章研究了SFO的CT成像能力。锡的衰减系数与碘相似，因此CT成像中的HU值能够随着SFO浓度的增加而提高。与注射SFO前相比，注射后小鼠肿瘤的CT图像信号明显增强，HU值也从19.4±2.3HU提高到348.1±1.5HU。同时，由于SFO表现出了磁性性质，研究人员也进行了磁共振成像实验。实验发现，肿瘤区域的MR信号在注射SFO后增强了1.2倍。这些数据表明，SFO具有活体的CT成像和MR成像造影能力。而在治疗实验中，体积、重量等监测数据表明，在近红外激光辐照下的SFO纳米酶能够在小鼠肿瘤区域实现CDT、PTT和PDT的协同治疗，能够显著抑制甚至消除肿瘤。
图3SFO的体内表征
结论
这一研究首次构建了多功能化的超小SFO纳米酶。SFO作为一种过氧化氢响应的纳米酶表现出了类过氧化氢酶和类GSH过氧化物酶的活性，在持续产生氧气的同时能够有效清除肿瘤区域的GSH。此外，具有多价元素的SFO还能够实现类芬顿反应产生羟基自由基；在808nm激光辐照下也能展现出优异的光治疗作用。综上而言，这一磁性超小SFO不仅可以磁靶向肿瘤区域，还能实现多模式成像引导的CDT/PTT/PDT协同治疗，为纳米酶的进一步临床应用提供了新的思路和机会。
参考文献：
An Ultrasmall SnFe2O4 Nanozyme with Endogenous Oxygen Generation and Glutathione Depletion for Synergistic Cancer Therapy
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202006216
来源：高分子科学前沿
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