夏幼南最新Angew. Chem. Ind. Ed：納米雜化材料用于可控自由基生成和缺氧癌細胞的氧化破壞

【引言】

癌癥是人類健康的第一殺手，而在預防和治療癌癥的道路上人們從未停止前進的腳步。這不再是一個談癌色變的年代，目前，治療癌癥的方法有很多種，其中基于氧自由基抗癌的方法包括光動力學治療和放療。活性氧（ROS）包括過氧化氫、超氧化物、羥基自由基，可導致脂質、蛋白質和DNA的氧化性損傷從而殺死細胞，目前，基于ROS的癌癥治療作為一種放療的方式廣泛應用于臨床中，而治療效果則主要取決于局部的氧濃度。但腫瘤組織的低氧環境阻礙了氧自由基的形成，因而在如此低氧環境下的癌細胞對放療和化療有著很高的抵抗作用。

【成果簡介】

近期，美國喬治亞理工學院夏幼南教授（通訊作者）報道了該課題組采用金納米籠實現氧自由基可控生成和低氧癌細胞氧化破壞的最新研究進展，該研究成果以題為“A Hybrid Nanomaterial for the Controlled Generation of Free Radicals and Oxidative Destruction of Hypoxic Cancer Cells”發表在Angew. Chem. Ind. Ed.上。該工作通過采用聚合引發劑產生氧自由基的新方法殺死癌細胞，首先聚合引發劑2,2’-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride (AIPH)和相變材料(PEM)混合，并封裝在金納米籠(AuNCs)腔體內，之后在近紅外激光引發后，相變材料在金納米籠的光熱效應下融化，從而釋放引發劑產生自由基，該自由基能夠氧化細胞化合物，或者氧氣反應產生細胞毒性的自由基，另外即使在低氧環境中也能夠產生細胞內脂質過氧化物，進而引發細胞凋亡。該方法可在低氧含量的癌細胞中實現高效、可控的生成氧自由基，能夠有效的殺死癌細胞，達到治療癌癥的目的。

【圖文導讀】

圖1. 樣品氧自由基的可控釋放和生成圖示及形貌和熱穩定性表征

(a) 樣品制備及近紅外照射下，自由基的可控釋放過程示意圖；

(b) 負載PCM-AIPH混合物前AuNCs的TEM圖；

(c) 負載PCM-AIPH混合物后的AuNCs TEM圖；

(d) PCM和Au-PCM-AIPH的DSC曲線；

(e) Au-PCM-AIPH的TGA曲線，在PCM和AIPH蒸發后有13.9%的質量損失。

圖2.Au-PCM-AIPH自由基產生過程的影響參數及對紅細胞的影響

(a) Au-PCM-AIPH中的AIPH在不同功率的近紅外激光照射下氧自由基釋放量和時間的關系；

(b) 不同溫度下從Au-PCM-AIPH中誘發產生的ABTS^+·的紫外可見圖譜；

(c) 有無近紅外激光引發及不同濃度的Au-PCM-AIPH處理過的紅細胞中丙二醛含量的變化圖；

(d) 在37℃和44℃下用1.5 mg·mL^-1的空白AuNCs和Au-PCM-AIPH處理過紅細胞的紫外可見吸收光譜；

圖3.?Au-PCM-AIPH在肺癌細胞A549中的性能測試

(a) 以DCFHDA為指示劑，檢測A549細胞中由AIPH引發的ROS。分別在常氧和低氧環境下，A549細胞經AIPH或Au-PCM-AIPH處理2h，再用808 nm激光照射30 min，圖中標尺為50 μm；

(b) 經AIPH或Au-PCM-AIPH處理2h， 808 nm激光照射30 min，再用Au-PCM-AIPH額外處理4 h和8 h后A549細胞形態，細胞經親脂性膜染料Dil染色，以便于觀察形貌變化，圖中標尺50 μm。

圖4. 不同激光照射條件下的A549的肌動蛋白形態和細胞活性

(a) 在常氧和低氧環境，不同照射時間下經Au-PCM-AIPH處理的A549細胞中的肌動蛋白形態。細胞由Phalloidin-Alexa Fluor 555(F-肌動蛋白的染料，紅色)和DAPI(核染料，藍色)染色，圖中標尺25 μm；

(b) 在有無近紅外激光照射20 min，不同濃度Au-PCM-AIPH處理下的細胞活性；

(c) 在常氧和低氧環境，由Au-PCM-AIPH或者PPIX處理2h并在808 nm或405 nm激光照射條件下A549的細胞活性所得值。

【小結】

本文提出了基于AuNCs，PCM和傳統聚合引發劑(AIPH)在低氧條件下產生自由基的雜化納米系統，該方法實現了可控釋放、高穩定性和光引發治療效果。該法區別于常規的放療和化療方法，以AIPH為基礎的治療方法能夠在低氧環境中殺死癌細胞，實現對低氧環境中癌細胞的治療。研究證明，該工作能夠在以賴氧方法治療低氧癌細胞中得到很好的應用。不過，進一步實驗條件和效率的優化還應繼續。一方面，采用溫敏性引發劑更加高效、快速的產生自由基，另一方面，減少AuNCs的使用量，提高引發劑的裝載效率。除此之外，將光熱療法和自由基生成結合實現多種模式促使癌細胞凋亡，進一步提高治療效果。

【通訊作者簡介】

夏幼南教授任職于美國喬治亞理工學院，是國際著名的納米材料科學家。已在Science，Nature，Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed. 和Nano Letters等刊物上發表論文總計620余篇，引用次數達到82794次，H因子為157.

文獻鏈接: A Hybrid Nanomaterial for the Controlled Generation of Free Radicals and Oxidative Destruction of Hypoxic Cancer Cells (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI:10.1002/anie.201702898/full)

本文由材料人編輯部張帥編譯，丁菲菲審核，點我材料人加入編輯部。

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