探索多模式疗法，四川大学研究为恶性黑色素瘤治疗带来新希望

探索多模式疗法，四川大学研究为恶性黑色素瘤治疗带来新希望

通讯单位：四川大学

研究内容

在众多肿瘤疾病中，恶性黑色素瘤（MM）严重威胁着人类的健康，给临床肿瘤治疗带来很大困难。临床上除了采用手术、放疗、化疗等常规方法治疗恶性黑色素瘤外，基因治疗、光动力治疗（PDT）、光热治疗、声动力治疗（SDT）、免疫治疗等更具创造性、更有效的方法逐渐被开发和推出以突破临床瓶颈。由于MM肿瘤的多样性、复杂性和异质性，已发现的针对MM肿瘤的模式疗法的治疗效果有限。因此，寻找一种多模式综合治疗的治疗策略来达到抗肿瘤的效果是非常必要的。

SDT 和 PDT 是治疗各种表浅和局部肿瘤的潜在临床方法。超声波照射或光激发会产生高活性氧 (ROS)，例如 1O2 和 •OH。要实现 PDT 和 SDT，光/声敏剂是必不可少的。卟啉及其衍生物是常见的有机和生物相容性的声敏剂/光敏剂。另一方面，利用肿瘤微环境 (TME) 的酸性和过表达的 H2O2，纳米材料催化的化学动力学疗法 (CDT) 已成为一种新的、有前途的基于 ROS 的治疗方式。目前，半导体材料（例如 TiO2）和共轭有机结构（例如卟啉）是将 CDT、SDT 和 PDT 集成在一个纳米平台中的主要材料。然而，基于 TiO2 的半导体材料的 CDT 效率相对较低。 目前合成的卟啉基金属-N配位结构通常为微米级块体材料，因此设计一种纳米尺度上形貌均匀的纳米治疗平台，实现有效的化学/声/光疗法对肿瘤的治疗仍是一个巨大的挑战。

最近，Zn、Fe 和 Cu 单原子掺杂纳米碳催化剂已被研究用于伤口愈合和抗肿瘤治疗。尽管这些碳基纳米剂不可生物降解，且单原子掺杂水平较低。此外，可生物降解的 Ru 单原子掺杂 Mn3[Co(CN)6]2 金属有机骨架被提议作为一种高活性的肿瘤治疗生物催化剂，但所获得的纳米剂只能产生单模抗肿瘤治疗。工程纳米级金属配位卟啉纳米结构具有固有的生物降解性、结构和成分可调性，但多种治疗模式仍远未实现。

在这里，我们设计了新型简便的 Pd-单原子配位卟啉基聚合物作为生物催化剂，即 Pd-Pta/Por，用于化学/声/光组合肿瘤治疗。

要点1

采用自组装方法合成了纳米Pd-Pta/Por生物催化剂，其由Pd-N配位网络组成，催化活性位的化学结构为Pd-N2-Cl2。

要点2

过氧化物酶样催化活性表征表明Pd-Pta/Por能生成丰富的•OH自由基用于化学动力学治疗；超声波照射或激光激发可显著促进卟啉基声/光敏剂催化生成1O2，实现声动力和光动力治疗；密度泛函理论（DFT）计算模拟表明，没有不需要的H2O副产物形成，H2O2可以完全转化为两个•OH，并确保产生具有良好催化活性的ROS。相应的体外和体内实验证明了化学/声/光联合肿瘤治疗诱导的协同抗肿瘤功效。

图1. Pd-单原子配位生物催化剂的制备与表征。a）Pd-Pta/Por组装过程示意图。放大图为Pd-Pta/Por的化学结构。b）Pd-Pta/Por的扫描电子显微镜图像。c）Pd-Pta/Por的TEM图像及其相应的尺寸分布。d）Pd-Pta/Por的高分辨率TEM图像（插图：SAED图案）。e，f）100和5nm尺度下的Pd-Pta/Por的HAADF-STEM图像。g，h）Pd-Pta/Por的高倍HAADF-STEM图像（比例尺：1nm），亮点对应于孤立的Pd原子。i）Pd-Pta/Por的能量色散X射线光谱元素映射（比例尺：25nm）。 j) Pd-Pta/Por 元素线扫描和相应的 STEM 图像。

图 2. Pd-Pta/Por 生物催化剂的局部结构分析。a) 相应的 Pd-Por 和 Pd-Pta/Por 的 PXRD。b) Por、Pta 和 Pd-Pta/Por 的 N 1s XPS 光谱。插图为相应的球棍模型。c) Pd-Pta/Por 的 Pd 3d XPS 光谱。d) Pd K 边 XANES 光谱和 e) Pd 箔、PdO 和 Pd-Pta/Por 的 Pd k2 加权傅里叶变换。f) Pd-Pta/Por 的 R 空间曲线拟合。插图显示了 Pd-Pta/Por 中 Pd 位点的结构。gi) Pd K 边 EXAFS 的小波变换：g) Pd 箔、h) Pd-Pta/Por 和 i) PdO。

图3. Pd-Pta/Por的ROS相关生物催化性能的体外表征。a）反应缓冲液（pH 4.5）中对照（棕色）、Pd-Pta（黄色）和Pd-Pta/Por（蓝色）催化TMB（oxTMB）催化氧化的紫外-可见吸收光谱和吸光度值。插图为TMB的氧化反应。b）在λ= 652nm处吸光度值的定量分析。c）DMPO、DMPO + H2O2、Pd-Pta + DMPO + H2O2和Pd-Pta/Por + DMPO + H2O2的•OH的ESR光谱，样品浓度：80 µg mL-1。d）-动力学分析和e）-以H2O2为底物的Pd-Pta/Por的Burk图。f）。 以 H2O2 为底物，Pd-Pta/Por 的 Vmax 和 TON。g,h) 以 TA+H2O2 为底物，在超声和激光照射下，Pd-Pta/Por 增强•OH 生成。i,j) DPA 的时间相关声动力催化氧化，显示 Pd-Pta/Por 在超声（1.0 MHz，2.5 W cm-2）下产生 1O2。k,l) DPA 的时间相关光动力催化氧化（14 A）。

图 4. Pd-Pta/Por 的过氧化物酶样催化机理。a) PdCl2-Pta/Por 中的 Cl− 逐渐以 HCl 的形式被去除。b) 计算得出的 Pd-Pta/Por 去除 •OH 的自由能图。c) Pd-Pta/Por 催化过程示意图。d) PdCl-Pta/Pta、Pd-Pta/Pta、PdCl-Pta/Por 和 Pd-Pta/Por 的最终途径图。浅蓝色阴影是 H2O2 的速率决定步骤 (RDS)。e,f) 基于 Pd-Pta/Por 的 *H2O2 (e) 和 *OH (f) 的差异电荷密度。

图5. 使用Pd-Pta/Por对MM肿瘤细胞系进行体外细胞实验。a) 用-AM/PI染色后细胞在不同处理后的荧光图像。比例尺=100 µm。b) 用V-FITC/PI染色后细胞凋亡的流式细胞术分析。c) 用DCFH-DA染色后细胞在不同处理后的凋亡情况。比例尺=100 µm。d) 用不同处理后细胞的线粒体膜电位（Δψm）。红色JC-1聚集体代表膜电位正常的线粒体，绿色JC-1单体代表膜去极化和受损的线粒体（受损的线粒体）。比例尺=40 µm。e) 用-AM/PI染色后活细胞/死细胞的定量。f) 定量各组凋亡早期和晚期象限的细胞数量。 g)不同组DCF的平均荧光。h)线粒体去极化膜的流式细胞术分析（*p < 0.05，**p < 0.01和***p < 0.001，美国辐照（1.0 MHz，1.0 W cm-2，1分钟，30％占空比）和激光激发（14 A，3分钟））。

图6. Pd-Pta/Por在化学/声/光联合治疗中的体内抗肿瘤效率。a）肿瘤异种移植建立和治疗结果的示意图，结合Pd-Pta/Por与US（1.0 MHz，2.5 W cm-2，5分钟，30％占空比）和激光（14.0 A，5分钟）。b）肿瘤图像，c）超声成像。d）体重变化，g）肿瘤体积，h）肿瘤生长抑制，以及i）不同治疗下切除肿瘤的相对肿瘤体积。e）不同治疗下MM肿瘤切片的H＆E染色和CD 31免疫组织化学染色（疤痕条为20μm，*p <0.05，**p <0.01，***p <0.001）。 f) (j)–(l)分别显示不同治疗后小鼠的TUNEL、Ki 67和CRT染色及其定量分析（比例尺=50 µm，*p < 0.05，**p < 0.01，** *p < 0. 001）。

参考

杜柳子和吴兆伟耿碧辉朱天马西向郎马崇成李秋，Pd--Atom for Chem-/Sono-/Photo-Tumor，Adv. 马特。 2021年，。

DOI: 10.1002/adma。

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