吉林大学崔小强教授/陈芳芳教授Angew：拉应变调控的双金属烯纳米酶用于光热增强的肿瘤催化治疗

研究背景

纳米酶是一种具有独特物理化学特性和本征类酶催化活性的纳米材料，已经广泛应用于免疫测定、生物传感、抗菌应用和疾病诊疗等领域。其中，由活性氧（ROS）介导的纳米酶肿瘤催化治疗展现出良好的应用前景。但由于不可预测的脱靶催化活性，纳米酶在体内应用时可能会对正常组织产生潜在毒性。鉴于肿瘤微环境弱酸性、低氧和过表达H2O2的特性，迫切需要开发具有最小脱靶毒性和高效催化治疗效应的肿瘤微环境响应性纳米酶用于肿瘤治疗。

表面应变工程已被证明是一种有效且通用的策略，可以优化催化剂表面的电子结构，并能有效调节对催化反应中间体的吸附。通常，应变效应主要源于金属-衬底界面或核-壳结构的晶格失配，并具有极强的空间依赖性，即随原子层由界面处向外表面增加时，应变效应逐渐衰减甚至消失。如果将应变工程应用于金属烯，由于其超薄性质，将充分的暴露出应变活性区域。

近期，吉林大学陈芳芳教授团队与崔小强教授团队合作，开发了一种具有拉应变特性的超薄局部无定形化RhRu（la-RhRu）双金属烯纳米酶，并将其应用于光热增强的肿瘤催化治疗中，其在体内和体外实验中均展现出良好的治疗效果。相关工作以“Tensile Strain-Mediated Bimetallene Nanozyme for Enhanced Photothermal Tumor Catalytic Therapy”为题发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202403203）上。

前沿科研成果

拉应变调控的双金属烯纳米酶用于光热增强的肿瘤催化治疗

1. la-RhRu双金属烯纳米酶形貌与结构表征

la-RhRu双金属烯具有超薄的二维片层结构，由晶相与非晶相两相组成（图1）。由于非晶态区域固有的无序性，使得晶相区域晶格发生畸变，从而产生了约2%的晶格张力（图2）。

图1. la-RhRu的形貌和结构表征（来源：Angewandte Chemie International Edition）

图2. 应变分析（来源：Angewandte Chemie International Edition）

2. la-RhRu双金属烯纳米酶类酶活性测试及理论计算分析

la-RhRu展现出多种类酶催化活性，包括类过氧化氢酶（CAT-like）、类氧化物酶（OXD-like）和类过氧化物酶（POD-like）活性。值得注意的是，在1064 nm激光照射下，la-RhRu的类酶催化活性显著增强（图3）。密度泛函理论（DFT）计算表明，拉伸应变效应优化了la-RhRu的电子性质，从而优化了催化反应中间体在双金属烯表面的吸附，加速了催化反应过程（图4）。

图3. la-RhRu的光热和类酶催化活性测试（来源：Angewandte Chemie International Edition）

图4. la-RhRu纳米酶应变增强的类酶催化活性理论分析（来源：Angewandte Chemie International Edition）

3. la-RhRu双金属烯纳米酶用于光热增强的肿瘤催化治疗

由于出色的光热效应和激光增强的类酶催化效应，la-RhRu通过CAT-like催化反应将H2O2分解产生O2，有效缓解肿瘤缺氧；并将O2分解产生•O2-，H2O2分解为•OH自由基，从而破坏细胞氧化还原稳态，诱导肿瘤凋亡。使得la-RhRu在体内和体外展现出显著的治疗效果（图5和图6）。作者的研究为利用原子级应变工程策略设计用于肿瘤催化治疗的高效纳米酶提供了新的范例。

图5. 体外细胞实验（来源：Angewandte Chemie International Edition）

图6. 体内动物实验（来源：Angewandte Chemie International Edition）

通讯作者简介

崔小强

吉林大学唐敖庆卓越教授、博士生导师

材料科学与工程学院副院长

主要研究领域：

主要研究领域为低维纳米材料物理与化学，研究方向能源催化材料，开展绿氢制备等高效催化剂的原子级设计和制备研究。

主要研究成果：

发展多种低维纳米材料的制备新方法，从原子尺度揭示材料形成机制和催化机理。近五年以通讯作者在Nat. Commun.(3篇)、Adv. Mater.(3篇)、J. Am. Chem. Soc.(2篇)、Angew. Chem.(3篇)等期刊发表论文65篇，其中10篇高被引，入选“2023全球学者学术影响力排名（终身学术影响力榜）”。授权国家发明专利33项。主持科技部国家重点研发计划纳米专项课题、国家自然科学基金面上项目、企业横向课题等项目。获教育部“新世纪优秀人才”计划支持、吉林省“长白山学者”、长春市第六、七批有突出贡献专家，吉林省第七批拔尖创新人才第三层次，吉林省第十六批享受政府津贴专家。

课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/Cui_Xiaoqiang

陈芳芳

万人青拔
吉林大学白求恩第三医院教授、博士生导师

吉林省纳米医学转化工程实验室主任

主要研究领域：

主要研究方向为纳米材料免疫应答及其在疾病诊疗中的应用、新型肿瘤标志物的筛选、鉴定及诊断方法建立。

主要研究成果：

长期致力于纳米材料免疫蛋白冠可控装载用于肿瘤免疫诊疗的系统研究，取得以下成绩：1）提出/揭示免疫因子及其它蛋白间接、动态结合于纳米材料的动态硬蛋白冠装载理论/现象，深入剖析硬蛋白冠形成的共性规律和个性特征；2）基于个性化动态蛋白冠装载特征，研制高灵敏、可再生三明治型SPR免疫传感器用于肿瘤诊断；3）通过探索蛋白冠介导个性化免疫应答规律，制定材料动态免疫调控策略，拓展肿瘤靶向递药及高效免疫治疗。代表性成果发表在Nat. Nanotechnol.、Angew. Chime、Nano Lett.、Anal. Chem.、J. Control. Release等期刊。2022年获中国第十七届青年女科学家奖，2023年获中国博士后“双创大赛”银奖。

邀稿

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