利用光敏剂诱导活性氧（ROS）产生的光动力疗法（PDT）因其具有时空选择性、无创性、免疫激活能力和副作用较低等特点，已被广泛应用于癌症临床治疗。然而，肿瘤的乏氧微环境削弱了活性氧（ROS）的产生和积累，高水平无氧糖酵解产生的大量乳酸还会导致ROS治疗耐受。另一方面，传统光敏剂也存在水溶性差、光稳定性差、组织渗透性差、和合成复杂等问题，阻碍了PDT在临床中的应用。
对此，四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心/生物医学工程学院聂宇研究员/金蓉蓉副研究员团队设计了一种能够调控乏氧微环境和糖代谢的双功能级联纳米酶催化系统（MnZ@Au）用于增强肿瘤光动力治疗。相关工作以“Bifunctional Cascading Nanozymes Based on Carbon Dots Promotes Photodynamic Therapy by Regulating Hypoxia and Glycolysis”为题发表在ACS Nano。
【文章要点】
为了进一步增强PDT的疗效，该研究设计一种基于CDs的具有双功能和级联纳米酶催化性能的纳米系统，其可以有效改善缺氧和调节肿瘤细胞中的葡萄糖代谢以放大PDT疗效。该级联纳米系统以Mn-CDs为核，ZIF-8作为外壳，将超小型AuNPs锚定在表面，得到了级联纳米催化系统MnZ@Au。MnZ@Au通过类葡萄糖氧化酶催化反应将葡萄糖转化H2O2和葡萄糖酸，从而引发ZIF-8的降解。生成的H2O2和酸响应释放的Mn-CDs发生类过氧化氢酶催化反应生成氧气，在激光照射下产生1O2。体内外研究表明MnZ@Au能增强Mn-CDs的肿瘤渗透能力和PDT的功效，能很好抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长。此外，MnZ@Au还可利用光声成像提供Mn-CDs的分布和血氧含量的变化，实时检测MnZ@Au的体内催化过程。利用18F-FDG PET成像也证实了MnZ@Au处理的荷瘤小鼠肿瘤部位的葡萄糖摄取减少。该纳米系统通过级联催化反应，增加Mn-CDs的渗透、改善乏氧和糖代谢来增强光动力疗效，从而很好抑制肿瘤的生长。
图1. 基于碳点的双功能级联纳米酶调控乏氧和糖代谢来增强光动力治疗的示意图
该团队前期研究还探究了利用其他无机纳米颗粒改善肿瘤微环境和/或提高肿瘤基因治疗效果，如前期研究表明氧化铁纳米颗粒可增强双功能microRNA的肿瘤基因递送从而实现肿瘤细胞增殖的抑制和肿瘤巨噬细胞M1极化（Nanoscale, 2020,12, 22615-22627, doi: 10.1039/d0nr06060g）；利用掺铁碳点实现肿瘤光热治疗效果的大幅增强及全过程可视化（Materials & Design, 2021, 208, 109878, doi: 10.1016/j.matdes.2021.109878）；利用纳米氧化铁的可控聚集实现肿瘤部位渗透增强、免疫协同治疗及诊疗一体化（Theranostics, 2023, 13(4):1454-1469, doi:10.7150/thno.80821）。
四川大学为该论文第一完成单位，国家生物医学材料工程技术研究中心2018级博士研究生罗天荥和2020级硕士研究生杨焕为共同第一作者，国家生物医学材料工程技术研究中心聂宇研究员和金蓉蓉副研究员为共同通讯作者，中山大学附属第三医院帅心涛教授参与了科研的指导和论文的撰写。
聂宇研究员：洪堡学者，四川省学术技术带头人。课题组专注微纳仿生生物材料设计在肿瘤治疗和组织再生方面的研究和开发应用。主持6项国家级项目及多项部省、市级项目；在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Advanced Drug Delivery System, Advanced Science等期刊上发表学术论文70余篇，他引2000余次，获权美国专利1项，德国专利1项，日本专利1项，中国发明专利20项。目前担任国际期刊Pharmaceutical Nanotechnology 副主编，Acta Pharmaceutica sinica B 青年编委，Chinese Chemical Letters 青年编委及多个国际杂志期刊审稿人等。参与3部专著撰写（《组织诱导国际发展动态》、《Polymeric Biomaterials》和《Gene delivery》）。创建“中-德科学家合作研究组”平台，参与组织4次中德智能生物材料高端论坛等。现担任国家药品监督管理局医疗器械技术审评专家、中国专利审查技术专家、四川省生物医学工程学会理事、中国生物材料学会---智能仿生生物材料分会委员、四川省药学会纳米药物专委会委员等。
金蓉蓉副研究员：长期从事诊疗一体化磁共振探针的设计合成、生物安全性评价及临床转化应用，共发表SCI论文80余篇，文章他引次数1800余次，H因子为23，获取中国专利10余项，参与多部生物材料专著的撰写（如《生物医用高分子材料》，《Design and Delivery of siRNA Therapeutics》等）。
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