自矿化光热细菌与线粒体靶向MOFs杂化用于肿瘤光热治疗

肿瘤严重威胁人类健康且治疗难度大。为此，研究人员开发出了许多治疗手段用来治疗肿瘤。近年来，光热治疗因其远程可控和有效肿瘤杀伤作用得到广泛研究。由于传统肿瘤光热治疗需要使用肿瘤靶向性能较差的惰性光热剂，故其治疗效果受到很大限制。此外，肿瘤内在的热耐受性也在一定程度上影响了光热治疗的效率。近日，武汉大学张先正（点击查看介绍）团队通过将自矿化光热剂的细菌与线粒体靶向的金属有机框架材料（MOFs）杂化，成功制备了一种可以放大肿瘤光热治疗的杂化材料。

研究表明兼性厌氧菌和专性厌氧菌因其低氧趋向性可以很好的靶向乏氧肿瘤区域。此外，一些细菌在逆境中进化出还原金属矿物为金属单质的能力，用于呼吸代谢。许多光热剂都是金属单质，因此可以利用细菌的这种特性开发自矿化光热剂在细菌表面的光热细菌，且具有很好的肿瘤靶向性能。众所周知，肿瘤的热耐受性由热休克蛋白（HSPs）调控，而HSPs的表达需要ATP供应能量。因此，通过破坏线粒体氧化还原平衡来损伤线粒体，可以减少ATP的合成，抑制HSPs的表达。鉴于此，他们利用S. oneidensis MR-1细菌还原钯盐（Na₂PdCl₄）合成了细菌表面上负载钯单质的光热细菌，该细菌具有很好的光热性能和肿瘤靶向效果。他们进一步合成了包载光敏剂亚甲基蓝的MOFs材料(ZIF-90/MB)，可特异性在线粒体中被ATP降解释放亚甲基蓝。释放的亚甲基蓝通过光照产生单线态氧损伤线粒体的功能，从而达到抑制ATP生产及HSPs表达的效果。最后，通过酸敏感的亚胺键将MOFs材料修饰在合成的光热细菌表面，以此来提高肿瘤光热治疗。

该生物杂交材料在合成过程中不影响细菌活性，表现出了良好的肿瘤靶向性能和显著的肿瘤光热治疗效果，有效解决了肿瘤光热治疗中光热剂靶向性能差及肿瘤热耐受的缺点，为光热治疗的进一步发展提供了可行策略，为细菌在肿瘤治疗中的应用开辟了新的道路。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是武汉大学博士研究生陈其文和刘新华。

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Self-Mineralized Photothermal Bacteria Hybridizing with Mitochondria-Targeted Metal–Organic Frameworks for Augmenting Photothermal Tumor Therapy

Qi-Wen Chen, Xin-Hua Liu, Jin-Xuan Fan, Si-Yuan Peng, Jia-Wei Wang, Xia-Nan Wang, Cheng Zhang, Chuan-Jun Liu, Xian-Zheng Zhang

Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 1909806, DOI: 10.1002/adfm.201909806

导师介绍

张先正

https://www.x-mol.com/university/faculty/13628