原标题:JACS 报道: 过氧化铜纳米点的制备及其H2O2自供型化学动力学研究
化学动力疗法(CDT)是一种新兴的治疗方法,是利用芬顿(Fenton)反应类芬顿反应产生高细胞毒性的羟基自由基(•OH),即活性氧(ROS)。众所周知,芬顿或类芬顿反应在形成•OH的过程中主要依赖于过氧化氢(H2O2)和催化剂之间的相互作用,而不需要氧气和外部能量输入。这种独特的ROS产生模式使的CDT有望克服肿瘤光动力治疗中的缺氧环境下产生ROS效率低、光穿透深度不足等问题。尽管许多类型的肿瘤细胞都高表达H2O2,但是内源性产生H2O2的量仍难达到较好的化学动力学疗效。目前增加细胞内H2O2浓度主要有两种方法:1)增大线的输送或生成。然而,线会受到细胞内还原酶分解,从而降低其利用率。目前,由金属离子和过氧基团组成的金属过氧化物(MPs)被认为是H2O2的有效替代来源。由于Fe2+、Cu2+、Mn2+和Co2+等几种金属离子均表现出优异的Fenton催化活性,因此Fenton型金属基MP-NPs有望作为一种简单且有前途的能够自给H2O2的CDT纳米剂。更重要的是,目前还没有报道过关于Fenton型金属过氧化物纳米材料。【成果简介】近日,
共同报道了一种Fenton型金属过氧化物纳米材料,并证实其自身可以提供H2O2
2O2与Cu2+的配位作用可制备得到过氧化铜(CP)纳米点,配位作用在酸处理后可以发生逆转。CP纳米点被细胞内吞后进入肿瘤细胞,溶酶体的酸性环境加速了CP纳米点的分解,使具有Fenton催化活性的Cu2+和H2O2同时被释放,并发生类Fenton反应产生•OH杀死肿瘤细胞。此外,小颗粒的CP纳米点在静脉注射后于肿瘤组织中富集,从而有效地抑制肿瘤生长。该研究不仅提供了第一例关于Fenton型金属过氧化物纳米材料的制备,而且提出了一种有效提高CDT效率的新策略。研究成果以题为“Synthesis of Copper Peroxide Nanodots for H2O2 Self-Supplying Chemodynamic Therapy”发布在著名期刊J. Am. Chem. Soc.上。【图文导读】
(a)PVP包裹的CP纳米点的合成方法示意图;(b-d)CP纳米点的TEM、DLS和UV-vis吸收光谱;
(a)CP纳米点的形成和解离的示意图;(b)b1:在不同摩尔比的NaOH与CuCl2下,在PVP存在下获得的CP材料的照片;b2:添加H2O2前后具有不同pH值的CuCl2溶液的照片;
图四、不同浓度CP纳米点照射4 h后,DCFH-DA染色U87MG癌细胞的荧光图像
(a)各种浓度CP纳米点与U87MG细胞共孵育24 h后,对细胞的活/死染色;(b)CP纳米点处理U87MG细胞12 h后,细胞凋亡图;
(a)•OH引发的LPO的一般机理;(b)亲脂性C11-BODIPY探针用于LPO的主要产物脂质氢过氧化物(LHP)的比率荧光成像检测;
(a)在静脉注射24 h后,Cu在U87MG荷瘤小鼠的主要器官和肿瘤中的生物分布;(b)盐水(对照组)或不同剂量的CP纳米点处理后U87MG荷瘤小鼠的相对肿瘤生长曲线;
2+的配位,OH-辅助制备CP纳米点可在酸性pH下发生逆转。在癌细胞内吞作用后,pH响应性的CP纳米点在酸性的胞内体和溶酶体中分解并释放具有Fenton催化活性的Cu2+和H2O2。分解产物之间发生的类Fenton反应产生•OH,通过LPO过程破坏溶酶体膜的完整性,从而引发癌细胞死亡。小粒径的CP纳米点在肿瘤组织中能有效富集,而且CP纳米点具有pH调控的•OH生成性质。,因此,CP纳米点在体内具有较小的毒副作用,并能提供优异的化学动力学功效。该工作首次报道了Fenton型金属过氧化物纳米材料,并证明CP纳米点可以作为H2O2自供型 CDT抗癌试剂。文献链接:Synthesis of Copper Peroxide Nanodots for H2O2 Self-Supplying Chemodynamic Therapy(JACS,2019, DOI:10.1021/jacs.9b03457)
通讯作者简介陈小元研究员于1993年和1996年分别获得南京大学化学学士和硕士学位,随后1999年获得美国爱达荷大学博士学位
射学系任助理教授,2004年转入斯坦福大学,2008年升为副教授。2009年陈博士加入美国国立卫生研究院(NIH)生物医学影像及医学工程所(NIBIB)任终身资深研究员,分子影像及纳米医学实验室主任。2012年获NIBIB Mentor Award,2014年获 NIH Director’s Award,2016年获美国化学会Bioconjugate Chemistry Lectureship Award。陈博士已发表650多篇SCI论文(H影响因子>110,引用率超过46000次)。陈博士是ACS Nano等多家杂志的编委,Theranostics杂志的创刊主编(目前影响因子达8.537),中美核医学及分子影像学会(CASNMMI)前任主席,美国核医学及分子影像学会(SNMMI)Radiopharmaceutical Science Council (RPSC)前任主委,以及中美纳米医学与纳米生物技术学会(CASNN)前任主委
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