【研究背景】

通过活性氧(ROS)介导的内质网应激调控细胞凋亡和自噬在肿瘤治疗中具有重要的应用前景，但是，氧化应激的产生往往受到氧化物种不充分的产量、受限的自由基寿命和ROS传播范围的约束。

本课题组通过金属–有机框架(MOF)平台中的能量转换单元的协同互作开发了具有单态氧(¹O₂)持续产生能力的纳米治疗器件体系。以Integrated Energy Conversion Units in Nanoscale Frameworks Induce Sustained Generation and Amplified Lethality of Singlet Oxygen in Oxidative Therapy of Tumor为题发表在《VIEW》杂志上并被选为当期封面论文(back cover)，第一作者为博士研究生朱婧。

利用MOF材料的可装载、催化、纳米限域等特性，制备得到以三价铁(Fe³⁺)为金属离子，四羧基苯基卟啉(TCPP)为有机配体，化学发光试剂(L012)在其孔道内有序排列的纳米梭。将肿瘤微环境中的H₂O₂转化为•OH；进一步激活由L012介导的化学能激发的光动力治疗，产生半衰期更长、传质距离更远的¹O₂；可持续、高剂量的¹O₂生成引发内质网应激和细胞自噬，从而诱导细胞死亡。

【图文导读】

图1. 能量转换单元集成的纳米框架结构中的限域效应和级联过程介导的¹O₂可持续生成

图2. 持续性氧化应激增强内质网应激介导的细胞凋亡和自噬

图3. 活性氧纳米生成器在持续工作模式下对肿瘤放大的杀伤作用

【小结】

本研究将芬顿催化离子、化学发光试剂、光敏基团整合于纳米框架结构中，基于此设计，位于MOF骨架上的Fe³⁺作为活性中心催化肿瘤微环境中的H₂O₂产生具有氧化电位高但寿命短的∙OH。然后，∙OH进一步与相邻的L012分子反应，产生局部增强的化学发光。随之，96%化学能通过化学发光共振能量转移并激活TCPP，产生具有更大迁移距离的¹O₂。上述级联过程通过三步偶联转化可以减缓底物的消耗，并进一步导致细胞中ROS水平的长期持续（长达24小时）和增加（高达2.4倍）。此外，通过MOF的类过氧化氢酶活性供氧可以缓解肿瘤乏氧，以增强治疗效果。最后，持续的氧化应激诱导累积的内质网应激、高水平自噬和放大对肿瘤的致死性。综上所述，这项工作为合理的能量耦合与纳米限域的ROS放大器的研发提供了一种新的策略。

【原文链接】

https://doi.org/10.1002/VIW.20220051