何前军课题组Nature子刊：光催化可持续产氢捣毁肿瘤微环境
近日，何前军教授带领的“先进纳米药物课题组”研发了一种Z型结构的纳米光催化剂，实现了肿瘤内原位NIR光催化产氢以抑制癌细胞能量，同时利用产生的空穴原位氧化肿瘤内过度表达的GSH以破坏肿瘤抗氧化防御系统，从而通过“氢气-空穴联合疗法”有效地捣毁了肿瘤微环境，达到了高效抗癌的作用。
创新性和科学意义：该研究率先提出了一种“氢气-空穴联合疗法”。不同于常规的气体药物担载策略，催化产气策略完全避免了在其它部位产生气体。相比于常规的光催化产氢材料，开发的NIR光催化产氢纳米材料不需要携带任何牺牲剂，能够源源不断地、可持续地、可控高效产氢。这项工作提出了一种无药物治疗的概念，无需使用传统的有毒药物，在治疗过程中不消耗治疗剂，具备取之不尽用之不竭的治疗能力，因而是一种安全、高效的治疗方法。该工作为体内气体递送提供了新思路，为催化材料提供了一个新的应用出口，促使纳米气体治疗方法学与催化材料开发应用相互促进发展。
背景简介：氢气既是一种清洁的绿色能源，还是一种被证实的、安全且有效的医用气体，在炎症相关疾病展现出明显的抗炎效应。特别是在新冠肺炎流行期间，氢气/氧气混合吸入疗法在抗击新型冠状病毒肺炎中做出了重要贡献，被国家卫生健康委列入《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》试行第七版和第八版（最新版）。早在1975年，Science就报道了高压氢气（大剂量吸氢）能抑制皮肤癌的进展。但目前常规的给氢方式难以在深层肿瘤部位有效蓄积高浓度氢分子，一定程度上制约了氢气的抗癌效果。
策略与原理：近年来，光催化水解产气提供了一种新兴的气体控释途径，但近红外（NIR）光催化产氢材料的开发遇到较大挑战，因为需要同时满足窄的带宽（≤1.53 eV for 808 nm light）和高的氧化还原活性，而且产气量受制于牺牲剂的有限担载量。针对这两大难题，何前军教授团队在SnS1.68纳米片（带宽 1.49 eV）表面铆接WO2.41纳米点构建了一种Z型结构SnS1.68-WO2.41纳米催化剂（如上图所示）。WO2.41纳米点通过表面等离子体效应将热电子注入到SnS1.68纳米片中，实现NIR光催化产氢的同时增强了体系的氧化能力，从而能够利用肿瘤内过度表达的GSH作为牺牲剂实现肿瘤内NIR光催化产氢。产生的氢气和GSH的剥夺协同抑制了肿瘤中癌细胞的繁殖并诱导其凋亡，导致过度生长的肿瘤血管退化，并大量减少了肿瘤相关巨噬细胞含量（清除肿瘤免疫抑制），从而有效地破坏了癌细胞赖以生存的肿瘤微环境，达到了较好的肿瘤治疗效果。
发表成果：该研究对气体医学的临床转化有着积极意义，相关工作发表在国际著名期刊《自然·通讯》，详见：Photocatalysis-mediated drug-free sustainable cancer therapy using nanocatalyst, Nature Communications, 2021, 12, 1345.