华中师范大学朱成周教授课题组Angew：人工细胞器矫正肿瘤内葡萄糖分析

癌细胞的恶性生长和增殖会引起机体内葡萄糖代谢的紊乱，因此精准监测葡萄糖水平在癌症风险评估和治疗中起着关键作用。近年来，基于葡萄糖氧化酶（GOx）的生物传感平台凭借其极高的催化活性和特异性，在葡萄糖分析检测方面取得了很大进展。然而，较高含量的H₂O₂、微酸性及乏氧等复杂的肿瘤微环境势必会干扰催化反应，导致信号输出不准确。因此，迫切需要开发智能反应器来保护酶并消除干扰，从而实现活体内代谢物的精准分析。

近日，受程序化分隔细胞器的启发，华中师范大学朱成周教授（点击查看介绍）课题组报道了一种多功能人工细胞器，它具有两个分隔的“信号转导”和“保护”室，可以抵御各种干扰物的影响，实现肿瘤内葡萄糖的准确检测。相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition 。

本研究中，作者首先将双酶级联催化系统（GOx-辣根过氧化物酶，HRP）原位包覆于金属有机框架（ZIF-8）中形成内部核心（GOx-HRP@ZIF-8）。随后，将过氧化氢酶（CAT）导向的氢键有机框架生长于表面构成稳定的外壳（CAT@HOF），用于保护内部信号转化（图1）。

图1. 人工细胞反应器用于瘤内葡萄糖检测。

酸消化的核以及稳定的壳为提高生物催化效率提供了合适的纳米空间结构。外源性H₂O₂可以被CAT直接降解，从而克服其对葡萄糖信号传导的扰乱（图2）。同时，该人工细胞器具有良好的耐受性可以抵御各种极端环境的干扰。

图2. 人工细胞器信号传导及防御功能。

值得注意的是，H₂O₂分解产生的O₂可以进一步缓解乏氧状态，促进葡萄糖的催化转化（图3）。

图3. 肿瘤细胞内葡萄糖检测。

得益于其优异的保护作用和生物相容性，人工细胞器通过校正信号转导实现了体内外葡萄糖精准的动态监测（图4），在了解肿瘤代谢和癌症诊疗方面具有很大的前景。

图4. 瘤内葡萄糖实时监测。

结论

本研究工作报道了一种多功能人工细胞反应器能够克服肿瘤内各种微环境的干扰，实现瘤内葡萄糖的精准分析。研究表明，所制备的人工细胞具有良好的信号转换能力及耐受性。值得注意的是，内源性H₂O₂被过氧化氢酶原位分解为O₂，这不仅消除了信号输出的干扰，而且缓解了乏氧状态，促进了葡萄糖的氧化转化。基于良好的信号校正功能，人工细胞器实现了体内外葡萄糖的精准监测。因此，通过合理调控生物催化剂的分区有望开发智能的人工细胞器，以适应各种生物分析和治疗应用的需求。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Metal-Organic Framework-Involved Artificial Organelle Corrects Intratumoral Glucose Analysis 

Weiqing Xu,¹ Yu Wu,¹ Yuling Xu, Xiaoli Cai, Wenling Gu, Chengzhou Zhu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308827

导师简介

朱成周教授简介：华中师范大学教授，博士生导师，分析化学研究所所长。曾获得英国皇家化学会会士、国家高层次引进人才青年项目入选者、德国洪堡学者、科睿唯安全球高被引学者、爱思唯尔中国高被引学者和斯坦福大学全球前2%顶尖学者等奖励和荣誉。主要研究方向是原子级分散界面分析化学，至今以第一/通讯作者在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., PNAS, Nat. Commun., Chem, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.和Anal. Chem.等国际著名学术期刊发表学术论文200多篇, 总引近28000次 (Google Scholar)，H指数为85。担任期刊Advanced Agrochem和Frontiers in Bioengineering and Biotechnology副主编，Analytica Chimica Acta、Biosensors等期刊编委和《物理化学学报》期刊青年编委。2021年荣获中国分析测试协会科学技术奖CAIA奖二等奖。

课题组网站：

https://www.x-mol.com/groups/zhulab_ccnu