多重放大腫瘤氧化應激被證實是增效活性氧介導的癌症治療的有效策略之一。另外，除了直接增加活性氧水平之外，耗竭腫瘤內穀胱甘肽等抗氧化劑也被證實是破壞癌細胞氧化還原平衡、放大胞內氧化應激的有效策略。然而，設計製備具有多重催化活性的納米催化劑用於放大氧化應激仍具有較大的挑戰。
近年來，許多研究者報道了含有多價態金屬元素（如Fe2+/3+、Cu1+/2+、Mn2+/3+）的多功能納米催化劑可催化細胞內雙氧水分解為活性氧自由基，並同時消耗內源的穀胱甘肽，從而雙重放大局部氧化應激提高抗腫瘤治療效果。同時，相比於激光介導的光動力治療，超聲引發的聲動力治療具有較高的組織穿透深度等優勢，已經發展成為一種有效的、副作用低的非侵入性治療策略。因此，發展一種新型納米催化劑，在腫瘤內源雙氧水和穀胱甘肽響應和外源超聲刺激作用下多重放大腫瘤氧化應激，從而進一步提高腫瘤治療療效，是當前研究的熱點和難點。
近日，蘇州大學程亮教授課題組在Angewandte Chemie上發表了題為『HXV2O5Nanocatalysts Combined with Ultrasound for Triple Amplification of Oxidative Stress to Enhance Cancer Catalytic Therapy』的論文。本研究工作通過氧化反應聯合氣體輔助崩解反應方法製備了一種新型的含多價態釩的納米催化劑HXV2O5，並將其用於三重放大局部氧化應激增效腫瘤催化治療。腫瘤細胞內氧化應激放大會引起線粒體功能障礙、DNA損傷以及細胞周期停滯等抑制細胞增殖，從而促進癌細胞死亡。
示意圖1. HXV2O5納米催化劑的製備及其用於超聲增強腫瘤治療的研究。以氫化釩（V2H）為原料，通過雙氧水氧化以及氧氣輔助崩解效應，可以製備得到納米棒狀結構的HXV2O5催化劑。反應體系由黑色變成棕色，最後變成墨綠色。同時氫化釩原料由塊狀變成聚集體，最後變成納米棒。納米棒的長度約為130納米，寬度約為4.5納米，且具有均勻的氧元素和釩元素分布。
通過活性氧探針以及電子順磁共振波譜等手段證實了HXV2O5納米催化劑可以催化雙氧水產生羥基自由基，並且該催化劑可以被超聲激發並活化周圍的氧分子和水分子產生活性氧自由基。同時，利用穀胱甘肽試劑盒證實了HXV2O5催化劑可以有效地耗竭穀胱甘肽，從而實現多重放大氧化應激。
圖2. HXV2O5納米催化劑用於催化放大氧化應激的性能評估。具有多種催化活性的HXV2O5催化劑可以催化腫瘤細胞內的雙氧水分解產生羥基自由基，並同時催化耗竭胞內的抗氧化劑穀胱甘肽，從而雙重放大胞內的氧化應激。腫瘤細胞內氧化應激放大會引起線粒體功能障礙、DNA損傷以及細胞周期停滯等抑制細胞增殖，從而促進腫瘤細胞死亡。
圖3. HXV2O5納米催化劑放大腫瘤細胞內氧化應激從而誘導腫瘤細胞凋亡。基於HXV2O5納米催化劑多重放大腫瘤氧化應激的功能，在小鼠腫瘤模型上觀測到顯著的抑制腫瘤生長。腫瘤組織染色進一步證實了注射HXV2O5納米催化劑並輔助超聲顯著放大瘤內氧化應激，產生大量的活性氧引起DNA損傷和抑制細胞增殖，從而引發癌細胞死亡。總之，本工作發展了簡便的氧化法製備得到具有多種催化功能的釩納米催化劑，在超聲輔助作用下可多重放大腫瘤氧化應激，觸發高效的腫瘤催化治療，凸顯了活性氧介導的癌症治療的優勢。
圖4. HXV2O5納米催化劑聯合超聲波多重放大腫瘤內氧化應激從而抑制腫瘤生長。原文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202208849
論文第一作者為蘇大大學功能納米與軟物質研究院碩士生侯林倩，論文通訊作者為蘇大大學功能納米與軟物質研究院程亮教授和鞏飛博士。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、江蘇省傑出青年基金以及中國博士後基金的資助支持。課題組近年來從材料科學領域出發，結合多學科交叉研究的優勢，在納米生物醫學等領域從事科學研究。發展了多種無機微納材料及其複合功能材料，利用其獨特的光、學、聲、磁和X-射線吸收等性質，探索了針對腫瘤影像導航下的腫瘤光學治療、磁熱治療、聲動力治療、氣體治療和聯合治療，並對其金屬離子的生物學效應及其增效免疫治療開展系統研究。從2009年起在國際學術期刊共發表學術論文200篇，論文SCI總他引22700次，SCI 「H-index」為80。其中第一/通訊作者100篇，發表於Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Chem、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Natl. Sci. Rev.、Nano Today等材料、化學領域權威期刊。2017-2021連續五年入選「全球高被引科學家名單」（Highly Cited Researchers）（材料）和「中國高被引學者」（材料）。擔任國際著名期刊雜誌《Journal of Nanobiotechnology》副主編（IF=9.429, Q1）。併入選教育部青年長江學者，獲得國家自然科學基金區域發展聯合基金、江蘇省自然科學傑青等項目資助。相關進展
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