最新！中南大学与华中师范大学合作开发新型纳米药物，可有效抑制肿瘤转移复发

近日，中南大学刘又年、邓留和华中师范大学朱成周在《Nano Today》上发表了题为“Biomimetic Fe-Cu Dual-atomic-site catalysts enable efficient H2O2 activation for tumor lymphatic metastasis inhibition”的研究论文，该研究受天然酶的启发，在空心氮掺杂碳纳米球(FeCuNC)上合成了具有Fe-Cu异双核活性位点的原子分散催化剂，作为癌症治疗的催化纳米药物。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013223001081

研究背景

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前哨淋巴结(sentinel lymph node, SLN)被定义为肿瘤转移的第一站，是癌症死亡的主要原因。在系统转移前的早期准确的转移性前哨淋巴结活检和清扫对于对症治疗和预后具有重要意义。鉴别前哨淋巴结转移的常规技术包括前哨淋巴结活检、计算机断层扫描、正电子发射断层扫描、磁共振成像、荧光成像等可用于临床。然而，大多数技术都存在一系列缺点，例如耗时的程序、手术侵入性、成本考虑或低空间分辨率和对比度，这可能会延迟后续治疗或导致二次手术。尽管如此，前哨淋巴结通常沿主要血管分布，这在手术过程中引发了困境。因此，迫切需要开发一种高灵敏度的无创治疗策略，用于识别和消融前哨淋巴转移。

近年来，单原子中心催化剂具有金属原子利用率高、金属-载体相互作用强、金属活性位点明确等优点，对H 2 O 2 表现出优异的催化活性。然而，孤立的金属位点通常对 H 2 O 2表现出端接吸附构型，导致O-O键断裂的能垒高，不利于活性中间体的形成。在自然界中，一些具有双核金属位点的酶（如具有 Fe-Cu 杂双核活性中心的细胞色素 c 氧化酶，具有 Fe-Fe 双核活性中心的甲烷单加氧酶，具有 Cu- Cu 双核活性中心。由于其独特的几何和电子结构可以加速 O-O 裂解。

两个相邻的金属原子作为活性位点，可以通过双面吸附分别结合一个O原子，从而有更多的机会调节d-带中心通过电子轨道的相互作用进一步优化氧中间体的吸附/解吸。此外，碳纳米颗粒悬浮液是临床诊断前哨淋巴结活检的重要纳米标签。鉴于其光热特性的有效性，碳材料在红外 (IR) 热成像和光热疗法 (PTT) 方面展现出巨大潜力。为此，位于碳纳米粒子优化结构上的明确定义的双原子位点有望成为有效激活 H 2 O 2的强大催化剂，从而促进转移性 SLN 的高精度诊断和消融。

FeCuNC的制备示意图

研究过程

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在这项工作中，受天然酶的启发，将具有 Fe-Cu 异双核活性位点的 FeCuNC 开发为功能性催化纳米药物。FeCuNC对H 2 O 2的最大反应速度是FeNC的7.66倍。此外，根据 Arrhenius 方程计算 FeCuNC 的活化能为 16.49 kJ/mol，低于 FeNC 的活化能（29.63 kJ/mol），表明具有双金属位点的 FeCuNC 可以显著降低 H 2 O 2活化的能垒。

理论研究表明，H 2 O 2的 O–O 键很容易在 Fe-Cu 异双核位点上解离，这归因于它们对H 2 O 2的高解离吸附能。此外，FeCuNC固有的光热效应可以催化H 2 O 2分解产生丰富的ROS，从而提高CDT。正如预期的那样，体外和体内结果均表明，具有协同 CDT 和光热消融功能的 FeCuNC 可促进癌细胞凋亡并抑制肿瘤生长。重要的是，FeCuNC可以准确识别前哨淋巴结转移，达到有效抑制肿瘤转移和复发的目的。

研究意义

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综上所述，受天然酶的启发，构建了以 FeN 4 -CuN 3为活性位点的 FeCuNC，它表现出有效的纳米治疗诊断，可增强协同 PTT/CDT。双原子位点不仅可以加速H 2 O 2的O-O键断裂产生大量的OH，还可以增强光热效应。因此，FeCuNC具有较高的H2O2活化效率和满意的光热效应，成功用于肿瘤淋巴转移抑制。该研究将为设计先进的TME中H2O2活化催化剂提供一种先进的策略，具有很大的临床应用前景。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013223001081

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。