【研究背景】

基于纳米颗粒的活性氧(ROS)发生器在癌症的选择性和联合治疗方面取得了突破性进展。然而，由于肿瘤氧化应激增强了抗氧化系统，目前开发的通过内源性底物转化为氧化物种的纳米平台在系统性提高肿瘤部位总ROS水平和治疗致死性方面仍然存在一定的困难。

基于此，本课题组通过黑色素纳米颗粒对内源性氧化剂(ROS)和抗氧化剂(GSH)的双重消耗，开发了一种氧化还原稳态扰动和时序协同光热治疗的新策略。以Melanin Nanoparticle-Actuated Redox-State Perturbation and Temporally Photoactivated Thermal Stress for Synergistic Tumor Therapy为题发表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》杂志上，本科生朱翰垠和曲勇一为共同第一作者。

【图文导读】

黑色素纳米颗粒PLD以及其氧化还原稳态扰动协同时序光热治疗策略

该纳米平台采用金属离子辅助氧化聚合l -3,4-二羟基苯丙氨酸(L-dopa)作为构筑路线，由于L-dopa的羧基具有电荷屏蔽作用，得到了富含邻苯二酚少醌的纳米颗粒(PLD)。PLD颗粒除了具有较高的ROS清除能力外，其氧化产物中醌基团水平上升，可进一步通过电子转移引发GSH的后续消耗。

PLD纳米颗粒形貌与富邻苯二酚少醌结构

PLD纳米颗粒的ROS清除与GSH耗竭性能

因此，在细胞与颗粒孵育后，邻苯二酚/醌基团对氧化剂/抗氧化剂物种的氧化还原循环消耗，增强了氧化还原状态和能量代谢(由代谢调节因子AMPK、AKT、NRF2反映)随时间(约6小时)的不同程度的波动：氧化还原扰动触发了肿瘤细胞的代谢重编排，细胞ROS/GSH水平在短时间内(不到1小时)触底后反弹至高于正常水平的最大峰值。此外，在氧化还原水平相对较高的HeLa细胞中，ROS水平波动最大(反弹至约280%)。这种氧化还原水平变化能够有效的敏化肿瘤细胞，使其处于一种极度危险的亚稳态状态。

PLD 纳米颗粒触发肿瘤细胞的氧化还原扰动

基于此，氧化还原态扰动和时序引入的光热疗法的组合，能够产生过量的氧化应激，提高肿瘤治疗的效率。系统的体内外研究实验结果表明，在氧化还原扰动的峰值时间施加近红外光(NIR)诱导光热，对于肿瘤的杀伤效率最高。

时序光热协同氧化还原稳态扰动疗效的体外探究

【小结】

这些结果证明了具有内源性氧化和抗氧化物质双重转化能力的纳米结构在推进氧化还原稳态扰动策略向肿瘤治疗方面的巨大潜力。此外，关于ROS水平反弹和引入外源性能量的治疗窗口的影响规律，有助于促进精准治疗纳米系统的开发和广泛应用。

【原文链接】

https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.2c00614