深圳大学彭孝军院士、李明乐教授团队,最新Nature Protocols!
无金属+肿瘤微环境响应！这款新型光催化系统攻克乏氧肿瘤治疗难题
癌症是全球致死性疾病，肿瘤乏氧微环境成为传统光动力疗法的关键瓶颈——该疗法依赖氧气产生活性氧杀伤肿瘤细胞，此固有缺陷严重限制其临床转化与疗效。光氧化还原催化虽已应用于生物医学领域，但传统催化剂存在短吸收波长、潜在生物毒性等问题。在此背景下，开发不依赖氧气、靶向性强、生物相容性佳的新型光催化剂，成为突破乏氧肿瘤光疗困境的迫切需求。深圳大学/大连理工大学彭孝军院士、深圳大学李明乐教授等人开发了硒取代尼罗蓝衍生物ENBSe作为无金属、不依赖氧气的光氧化还原催化剂，构建了肿瘤微环境响应的条件激活光氧化还原催化（ConAPC）系统（ENBSe–NTR），并提供了其合成、表征及在乏氧肿瘤光疗中应用的标准化实验方案。相关内容以“Preparation of ENBSe-based photoredox catalysts for O2-independent phototherapy in living systems”为题发表在《Nature Protocols》上。光敏剂经光激发从单线态变为三线态，再通过能量转移生成单线态氧的II型途径、电子转移产生超氧阴离子等自由基的I型途径产生活性氧，该过程依赖氧气完成。图2ENBSe介导的不依赖氧气的光氧化还原催化作用机制ENBSe能催化NADH向NAD⁺转化，破坏细胞内NAD⁺/NADH氧化还原平衡，抑制肿瘤细胞的氧化磷酸化和糖酵解过程，引发细胞能量危机，同时扰乱细胞色素c铁离子稳态，最终导致乏氧肿瘤细胞的代谢紊乱与死亡。作者以3-碘苯胺为起始原料，经碘乙烷亲核取代得到化合物1，再通过乌尔曼型偶联引入硒元素获得化合物2，经重氮化、与4-硝基苄基氯甲酸酯反应得到化合物3后，与1-萘胺缩合并经酸碱循环得到ENBSe，最后ENBSe与4-硝基苄基氯甲酸酯反应生成ENBSe–NTR。作者将ENBSe与芳香硝基基团结合，利用硝基基团作为“锁”暂时屏蔽ENBSe的光催化活性，实现该系统在肿瘤外的惰性状态，仅针对乏氧肿瘤微环境实现特异性激活。上图涵盖乏氧细胞模型的构建方法与利用ROS-ID试剂盒验证细胞乏氧状态的手段，细胞内NADH含量的检测方式，以及通过活体荧光成像技术监测ENBSe在体内的分布，并评估其对肿瘤的光氧化还原催化治疗效果的全过程。通过紫外-可见光谱法检测其催化NADH氧化为NAD⁺的过程，也用该方法验证其催化细胞色素c三价铁还原为二价铁的还原转化过程，同时对比了有氧和无氧条件下ENBSe介导的细胞色素c光还原效率。图7常氧和乏氧条件下ENBSe介导的光氧化还原催化过程ENBSe可通过单电子转移的方式，在不依赖氧气的条件下实现NADH的级联氧化和细胞色素c三价铁的还原，同时也呈现了常氧下氧气作为电子受体参与的催化循环过程。上图展示了其被硝基还原酶识别后产生的荧光开启功能原理，检测了ENBSe和ENBSe–NTR在特定缓冲液中的荧光发射光谱与成像结果，还监测了不同时间下ENBSe–NTR与硝基还原酶孵育后的荧光变化。图9ENBSe介导的光氧化还原催化对肿瘤细胞线粒体形态的影响作者观察了经ENBSe–NTR不同处理后HeLa细胞线粒体的形态变化，也动态记录了乏氧条件下ENBSe处理后线粒体发生裂变的时间过程，直观体现其对线粒体结构的破坏作用。图10ENBSe和ENBSe–NTR在体内的光催化诊疗性能作者构建了荷HeLa肿瘤的小鼠模型，设置了不同给药后光照的时间梯度开展治疗实验，同时对比分析了各实验组小鼠的肿瘤体积变化，验证了二者在体内的肿瘤抑制效果，突出了ENBSe在乏氧肿瘤治疗中的优异性能。本研究针对传统光动力疗法依赖氧气、肿瘤乏氧微环境限制疗效的痛点，开发出硒取代尼罗蓝衍生物ENBSe这一无金属、近红外响应的不依赖O₂光氧化还原催化剂，并构建了肿瘤乏氧微环境响应的条件激活光氧化还原催化系统ENBSe–NTR，同时提供了二者合成、表征及体内外应用的标准化实验方案。本研究突破了传统光疗的氧气依赖瓶颈，为乏氧肿瘤的靶向光疗提供了全新策略，其标准化实验方案也为后续新型光氧化还原催化剂的开发与应用提供了重要参考，推动了光催化诊疗领域的发展。
「BioMed科技」关注生物医药×化学材料交叉前沿研究进展！交流、合作，请添加杨主编微信！
https://doi.org/10.1038/s41596-025-01328-4来源：BioMed科技声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
