腫瘤微環(huán)境具有乏氧程度嚴重、谷胱甘肽（GSH）過度表達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計開發(fā)了多種可調節(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，這類納米酶設計主要是通過復雜的工序將數種組分進行集成以實現多功能化，限制了其在臨床層面的應用。因此，如何發(fā)展基于簡單工序的單體納米顆粒以實現“一體化（all in one）”功能是目前亟待解決的難題。
哈爾濱工程大學的楊飄萍和南洋理工大學的趙彥利等人聯(lián)合設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產生羥基自由基實現化學動力學治療（CDT）；同時該納米酶展現出了類GSH過氧化物酶活性，能夠清除過度表達的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生成氧氣從而緩解腫瘤的嚴重乏氧。此外，在808納米激光輻照下，SFO納米酶還能產生光熱治療（PTT）和光動力治療效力（PDT）。結合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更加精準地監(jiān)測，展現出了極具潛力的協(xié)同治療效果。相關工作以“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分析進一步確認了SFO中錫、鐵、氧的價態(tài)，觀察到材料結構中同時存在著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，助力材料展現類芬頓、類過氧化氫酶和類GSH過氧化物酶活性。為了確認SFO的類酶性能，研究進行了細致的體外實驗。在過氧化氫溶液中，SFO在12分鐘內的過氧化氫分解量就可以達到50%，且能在3小時內持續(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顯色反應則發(fā)現，羥基自由基的產生量能隨著過氧化氫的增加而增加，證實了芬頓反應的出現。在808nm激光輻照下，SFO溶液不僅展現出了高達42.3%的光熱轉換效率，還檢測到了?O2?的產生，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清除現象，從而削弱細胞抗氧化能力，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，文章研究了SFO的CT成像能力。錫的衰減系數與碘相似，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表現出了磁性性質，研究人員也進行了磁共振成像實驗。實驗發(fā)現，腫瘤區(qū)域的MR信號在注射SFO后增強了1.2倍。這些數據表明，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)測數據表明，在近紅外激光輻照下的SFO納米酶能夠在小鼠腫瘤區(qū)域實現CDT、PTT和PDT的協(xié)同治療，能夠顯著抑制甚至消除腫瘤。這一研究首次構建了多功能化的超小SFO納米酶。SFO作為一種過氧化氫響應的納米酶表現出了類過氧化氫酶和類GSH過氧化物酶的活性，在持續(xù)產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還能夠實現類芬頓反應產生羥基自由基；在808nm激光輻照下也能展現出優(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，還能實現多模式成像引導的CDT/PTT/PDT協(xié)同治療，為納米酶的進一步臨床應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
