ACS NANO:多功能菌基纳米酶实现肿瘤治疗精准打击

来源：生物探索2021-12-07 12:22

化疗是在肿瘤微环境(TME)中通过内源性活性氧破坏肿瘤细胞的治疗方法。然而，CDT的进一步发展受到肿瘤自身抗氧化能力和靶向性的限制。2021年12月，南洋理工大学和华中农业大学的研究团队在《ACS NANO》发表了题为《Cance的精准化疗动态疗法》的论文。

化疗是在肿瘤微环境(TME)中通过内源性活性氧破坏肿瘤细胞的治疗方法。然而，CDT的进一步发展受到其抗氧化能力和靶向性的限制。

2021年12月，南洋理工大学和华中农业大学的研究团队在《ACS NANO》发表了一篇题为《基于三功能菌的纳米酶对癌症的精准化动态治疗》的文章。报道了一种新的多功能酶系统，它是用金和铂金属(金@铂)的络合物对表面(BAC-Au@Pt)进行修饰而得到的。该酶系统可作为一种反应温和、副作用小的新药，用于癌症的精确趋化治疗。

由于金@铂酶在酸性条件下的靶向性和催化特性，该纳米系统可以有效地向肿瘤细胞释放活性氧。此外，纳米酶系统还能刺激T细胞释放干扰素-，特异性降低细胞内抗氧化活性。这种纳米系统使得CDT和免疫治疗相互配合，低剂量的Bac-Au@Pt在免疫治疗的协同作用下也能达到很高的抗癌效果，是一种非常有潜力的治疗方案。

在这项研究中，研究人员在大肠杆菌表面合成了Au@Pt的核壳结构，并形成了纳米酶系统(称为Bac-Au@Pt)，用于B16-F10黑色素瘤小鼠模型的诱导免疫治疗和精确趋化治疗。全身给药后，Au@Pt纳米酶在微酸性肿瘤微环境中产生ROS，进而启动肿瘤细胞的凋亡过程，释放肿瘤抗原并呈递给T细胞。在这个过程中，成熟的T细胞向肿瘤细胞释放干扰素，阻止胱氨酸的摄入，破坏了肿瘤细胞的抗氧化能力，增加了ROS对细胞的毒性，从而达到高度精准的治疗效果。

首先，研究人员利用大肠杆菌在厌氧条件下还原氯金酸，在其表面形成金纳米粒子。在此过程中加入H2PtCl6、柠檬酸钠和NaBH4，金纳米粒子表面覆盖了一层薄薄的铂。通过高角度环形暗场扫描透射电镜表征了铂层的存在，铂元素的分布与金元素的分布重叠，证明了铂层在金纳米颗粒上的原位生长。此外，研究人员还利用紫外吸收光谱、DLS、XRD和XPS对细菌(Bac)、细菌金(Bac-Au)和金@铂(Bac-Au@Pt)材料进行了表征，充分证明了多功能细菌基纳米酶系统的成功合成。在成功制备Bac-Au@Pt后，研究人员通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)研究了Bac-Au@Pt的细胞摄取。结果表明，8小时内Bac-Au@Pt被内吞。

随后，研究人员使用Bac-Au@Pt向酸性溶液中加入3，3，5，5-四甲基联苯胺(TMB)来检测活性氧的产生。在没有H2O2的情况下，从紫外-可见光谱可以看出，282 nm处的峰随着孵育时间的增加而减少，而370和652 nm处的峰随着孵育时间的增加而增加。这显示了TMB的快速氧化和由Bac-Au@Pt产生的催化活性氧。然后，比较在pH 6.4和7.4下产生的活性氧的量，并记录在652 nm下的吸收值以指示TMB的氧化程度。结果表明，在pH 6.4时，Bac-Au@Pt能快速氧化TMB，产生的活性氧是pH 7.4时的6倍。

为了阐明Bac-Au@Pt产生的ROS类型，研究人员记录了Bac-Au@Pt在磷酸盐缓冲液(pH6.4和7.4)中的电子自旋共振(ESR)光谱。如图2c和d所示，检测到超氧自由基和单线态氧的增加。由于上述实验中没有加入H2O2，ROS的产生应归因于Bac-Au@Pt中溶解氧的催化转化。

由于肿瘤组织微环境呈微酸性，ROS产生率较高的酸性溶液环境更适合趋化因子治疗。研究人员在体外研究了Bac-Au@Pt的CDT效率。实验表明，在中性条件下，四次处理24或48小时后，Bac-Au@Pt对所有细胞的存活率也接近100%，表现出良好的体外生物相容性。Bac-Au@Pt的细胞毒理实验表明，Bac-Au@Pt在pH 6.4时能有效产生ROS，引起细胞膜脂质过氧化损伤，是杀死癌细胞的关键因素。但pH (pH 7.4)时，BacAu@Pt的脂质过氧化损伤有限，因此在中性pH 7.4时，Bac-Au@Pt不会对正常组织造成损伤。此外，在pH 6.4环境下，细胞线粒体被BacAu@Pt产生的ROS破坏，而在正常生理环境下，线粒体保持完整。

研究人员还在体内进行了Bac-Au@Pt化学动力学疗法的实验。首先，研究人员选择了缺乏正常免疫系统的Babl/C裸鼠，以排除任何潜在的免疫影响。研究人员对这些小鼠模型进行了14天的治疗，数据显示，对照组(PBS组和Bac组)肿瘤生长迅速，而治疗组肿瘤抑制成功。PBS、Bac、Bac-Au@Pt组小鼠在治疗过程中体重在正常范围内波动，顺铂组小鼠体重持续下降。Bac-Au@Pt组小鼠的肿瘤体积和重量明显小于PBS组和Bac组。因此，顺铂虽然有类似于Bac-Au@Pt的抗肿瘤作用，但对小鼠有明显的副作用，导致小鼠体重明显下降。不仅如此，采集小鼠组织的组织病理学分析显示，根据肿瘤组织的苏木精-伊红(H . E)染色，治疗组细胞核数量明显减少，表明Bac-Au@Pt和顺铂具有显著的治疗效果。末端脱氧核苷酸转移酶介导的荧光素标记(TUNEL)实验显示，蓝色荧光减弱，绿色荧光明显增强，说明处于晚期。