1、具有糖酵解和线粒体代谢抑制的多功能液态金属纳米粒子在肿瘤光热治疗中的应用
肿瘤细胞增殖迅速，需要大量能量来满足其代谢需求，这表明选择性地限制肿瘤能量供应是提高肿瘤治疗效率的一种有效策略。肿瘤细胞更倾向于有氧糖酵解生成三磷酸腺苷 (ATP) 来支持其能量需求，这一事实使得糖酵解抑制策略在肿瘤治疗中的应用发展迅速。但已有证据表明，线粒体代谢仍可为肿瘤细胞的保护提供能量，导致肿瘤糖酵解抑制治疗效果不理想。因此，开发有效的肿瘤能量抑制策略，同时抑制糖酵解和线粒体代谢，切断肿瘤所需的 ATP 供应，对于肿瘤治疗具有重要的研究意义。
Schematic illustration of (A) the fabrication process of LMGC and (B) the LMGC-mediated antitumor synergistic therapy by combining dual ATP inhibition and enhanced PTT.
本文中，作者将葡萄糖氧化酶 GOx 包覆在液态金属表面，用碳酸钙 (CaCO3) 矿化纳米颗粒防止 GOx 失活，并用聚L-天冬氨酸接枝共聚物 PEG-PAsp 进行修饰，构建了一种肿瘤微环境 (TME) 响应的矿化纳米颗粒 (LMGC)。该纳米材料在 TME 中分解CaCO3后，可以有效氧化葡萄糖生成过氧化氢 (H2O2) 和葡萄糖酸(GA)。此外，生成的 GA 可进一步促进钙离子(Ca2+)的释放，干扰线粒体功能，导致 ATP 生成减少。由于 GOx 和 Ca2+诱导的糖酵解和有氧呼吸抑制，肿瘤能量供应被大大阻止，热休克蛋白 (HSP) 的表达也被明显抑制。结合 GOx 介导的氧化应激和液态金属显著的光热特性，LMGC 纳米材料可实现显著的体内肿瘤生长抑制。这种以液体金属为基础的 ATP 抑制材料具有增强的肿瘤治疗效果，在肿瘤治疗中具有广阔的应用前景。
论文第一作者为武汉大学化学与分子科学学院的硕士生丁兴兰，武汉大学张先正教授为该论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委（51833007，22135005， 51873162， 51988102）,中央高校基本科研业务费专项资金(2042021kf1014)的支持。
2.纳米杂化材料介导的分解代谢动力疗法 - 原位催化谷胱甘肽为活性氧用于肿瘤治疗
癌细胞内过度积累的谷胱甘肽（GSH）严重影响着癌症治疗的疗效。因此，通过使用抑制剂来消耗癌细胞胞内GSH已成为研究热点。然而，目前的研究仅仅是通过消耗GSH以辅助其他治疗手段，而不是直接将过量的GSH转化为对癌细胞具有杀伤性的生物活性分子，后者是一种更加直接、高效的方式。
Schematic illustration of synthetic process of Fe/Se-CaP nanohybrid and the mechanism of leveraging GSH cascade catabolism and SOD biocascade conversion with Fenton chemistry for combined cancer catabolism dynamic therapy and immunotherapy.
在本文中，作者以生物相容性好、并且是优良免疫佐剂的磷化钙(CaP)纳米粒子为模板，将亚硒酸盐引入CaP，制备了掺Se的纳米复合物Se-CaP。该纳米复合物能够通过一系列催化反应将GSH直接转化为超氧阴离子(O2•−)并进一步转化为羟基自由基(•OH)。然而，在受到ROS攻击之后，癌细胞们也不会坐以待毙。它们会适应性上调胞内超氧化物歧化酶(SOD)的活性，SOD可以将O2•−转化为过氧化氢(H2O2)，对O2•−进行解毒，也会干扰•OH的进一步生成。为了破除癌细胞的抗氧化，作者将铁离子也引入了纳米复合物，通过一锅法制备了Fe/Se共掺的CaP纳米粒子(Fe/Se-CaP)。Fe的引入可以进一步帮助消耗部分GSH，也可以将癌细胞的解毒产物H2O2通过芬顿反应催化为•OH，再次掀起ROS风暴，引起癌细胞凋亡并激活抗肿瘤免疫。实验结果表明，该纳米复合物能够明显抑制恶性黑色素瘤的生长。联合免疫检查点疗法(aPD-1)，在不影响正常组织的情况下，肿瘤的生长进一步受到抑制。综上，通过将内源性抗氧化剂GSH直接转变为杀伤性分子ROS，并结合癌细胞适应性调节的代谢过程，实现了“化敌为友、变废为宝”的效果，为癌症治疗提供了一种全新的思路.
武汉大学张先正教授为该文章的通讯作者，论文第一作者和共同第一作者分别为武汉大学博士生彭思远和刘新华。该研究得到了国家自然科学基金委 (22135005, 51833007 和 51988102) 的资助。
来源：BiomaterialsElsevier
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222000084?via%3Dihub
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961221007146