夏幼南最新Angew. Chem. Ind. Ed：纳米杂化材料用于可控自由基生成和缺氧癌细胞的氧化破坏

【引言】

癌症是人类健康的第一杀手，而在预防和治疗癌症的道路上人们从未停止前进的脚步。这不再是一个谈癌色变的年代，目前，治疗癌症的方法有很多种，其中基于氧自由基抗癌的方法包括光动力学治疗和放疗。活性氧（ROS）包括过氧化氢、超氧化物、羟基自由基，可导致脂质、蛋白质和DNA的氧化性损伤从而杀死细胞，目前，基于ROS的癌症治疗作为一种放疗的方式广泛应用于临床中，而治疗效果则主要取决于局部的氧浓度。但肿瘤组织的低氧环境阻碍了氧自由基的形成，因而在如此低氧环境下的癌细胞对放疗和化疗有着很高的抵抗作用。

【成果简介】

近期，美国乔治亚理工学院夏幼南教授（通讯作者）报道了该课题组采用金纳米笼实现氧自由基可控生成和低氧癌细胞氧化破坏的最新研究进展，该研究成果以题为“A Hybrid Nanomaterial for the Controlled Generation of Free Radicals and Oxidative Destruction of Hypoxic Cancer Cells”发表在Angew. Chem. Ind. Ed.上。该工作通过采用聚合引发剂产生氧自由基的新方法杀死癌细胞，首先聚合引发剂2,2’-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride (AIPH)和相变材料(PEM)混合，并封装在金纳米笼(AuNCs)腔体内，之后在近红外激光引发后，相变材料在金纳米笼的光热效应下融化，从而释放引发剂产生自由基，该自由基能够氧化细胞化合物，或者氧气反应产生细胞毒性的自由基，另外即使在低氧环境中也能够产生细胞内脂质过氧化物，进而引发细胞凋亡。该方法可在低氧含量的癌细胞中实现高效、可控的生成氧自由基，能够有效的杀死癌细胞，达到治疗癌症的目的。

【图文导读】

图1.样品氧自由基的可控释放和生成图示及形貌和热稳定性表征

(a) 样品制备及近红外照射下，自由基的可控释放过程示意图；

(b) 负载PCM-AIPH混合物前AuNCs的TEM图；

(c) 负载PCM-AIPH混合物后的AuNCs TEM图；

(d) PCM和Au-PCM-AIPH的DSC曲线；

(e) Au-PCM-AIPH的TGA曲线，在PCM和AIPH蒸发后有13.9%的质量损失。

图2.Au-PCM-AIPH自由基产生过程的影响参数及对红细胞的影响

(a) Au-PCM-AIPH中的AIPH在不同功率的近红外激光照射下氧自由基释放量和时间的关系；

(b) 不同温度下从Au-PCM-AIPH中诱发产生的ABTS^+·的紫外可见图谱；

(c) 有无近红外激光引发及不同浓度的Au-PCM-AIPH处理过的红细胞中丙二醛含量的变化图；

(d) 在37℃和44℃下用1.5 mg·mL^-1的空白AuNCs和Au-PCM-AIPH处理过红细胞的紫外可见吸收光谱；

图3. Au-PCM-AIPH在肺癌细胞A549中的性能测试

(a) 以DCFHDA为指示剂，检测A549细胞中由AIPH引发的ROS。分别在常氧和低氧环境下，A549细胞经AIPH或Au-PCM-AIPH处理2h，再用808 nm激光照射30 min，图中标尺为50 µm；

(b) 经AIPH或Au-PCM-AIPH处理2h， 808 nm激光照射30 min，再用Au-PCM-AIPH额外处理4 h和8 h后A549细胞形态，细胞经亲脂性膜染料Dil染色，以便于观察形貌变化，图中标尺50 µm。

图4.不同激光照射条件下的A549的肌动蛋白形态和细胞活性

(a) 在常氧和低氧环境，不同照射时间下经Au-PCM-AIPH处理的A549细胞中的肌动蛋白形态。细胞由Phalloidin-Alexa Fluor 555(F-肌动蛋白的染料，红色)和DAPI(核染料，蓝色)染色，图中标尺25 μm；

(b) 在有无近红外激光照射20 min，不同浓度Au-PCM-AIPH处理下的细胞活性；

(c) 在常氧和低氧环境，由Au-PCM-AIPH或者PPIX处理2h并在808 nm或405 nm激光照射条件下A549的细胞活性所得值。

【小结】

本文提出了基于AuNCs，PCM和传统聚合引发剂(AIPH)在低氧条件下产生自由基的杂化纳米系统，该方法实现了可控释放、高稳定性和光引发治疗效果。该法区别于常规的放疗和化疗方法，以AIPH为基础的治疗方法能够在低氧环境中杀死癌细胞，实现对低氧环境中癌细胞的治疗。研究证明，该工作能够在以赖氧方法治疗低氧癌细胞中得到很好的应用。不过，进一步实验条件和效率的优化还应继续。一方面，采用温敏性引发剂更加高效、快速的产生自由基，另一方面，减少AuNCs的使用量，提高引发剂的装载效率。除此之外，将光热疗法和自由基生成结合实现多种模式促使癌细胞凋亡，进一步提高治疗效果。

【通讯作者简介】

夏幼南教授任职于美国乔治亚理工学院，是国际著名的纳米材料科学家。已在Science，Nature，Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed. 和Nano Letters等刊物上发表论文总计620余篇，引用次数达到82794次，H因子为157.

文献链接: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)

本文由材料人编辑部张帅编译，丁菲菲审核，点我材料人加入编辑部。

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