天然酶是一种天然催化剂[1,2],但它存在成本高、保存困难以及应用条件苛刻等缺点,这限制了其实用性[3,4]。相比之下,具有酶样活性的合成材料,如氧化酶样(OXD样)活性、过氧化物酶样(POD样)活性和谷胱甘肽过氧化物酶样(GSHOX样)活性,具有潜在的优势,包括降低制备成本、提高催化效率以及改善储存稳定性[[5], [6], [7]]。
近年来,研究人员对用于生物医学应用的酶样材料表现出浓厚的兴趣[8,9]。赵等人将具有多种酶样活性的MnOx负载到BiOCl NSs表面,形成了异质结。这种材料不仅能还原谷胱甘肽(GSH),还能在超声照射下促进活性氧(ROS)的生成,表现出CAT样、OXD样和POD样活性[10]。钟等人设计的单原子铜纳米酶(Cu-NC)在施加20 V电刺激后,显著增强了酶样活性,从而促进了自由基的生成[11]。朱等人设计了一种可生物降解的PEGylated CuxMnySz(PCMS),能够促进肿瘤微环境(TME)中的中间体共催化反应,表现出CAT样、OXD样和GSHOX样活性。更重要的是,PCMS在NIR-II 1064 nm激光照射下表现出显著的光热效应,进一步增强了肿瘤中的化学动力学治疗(CDT)效果[12]。
金属有机框架(MOFs)是一类具有可调结构和可调控尺寸的多孔晶体材料[[13], [14], [15]]。通过合理设计,例如选择金属节点和特征配体,可以使MOFs具备酶样活性,用于肿瘤治疗[16,17]。徐等人构建了Mn-MOF,它通过CAT样活性和GSHOX样活性催化CAT-2反应,促进ROS的生成并诱导铁死亡[18]。李等人将Pd封装到Cu-MOF中,使其表现出POD样活性,生成ROS[19]。张等人将光敏剂Ce6加载到HMPB纳米颗粒中,提高了光热能力和温度依赖的CAT样活性,缓解了肿瘤缺氧[20]。
化学动力学治疗利用Fenton-/Fenton样试剂(Fe2?、Co2?、Mn2?、Cu2?)在肿瘤微环境中生成过氧化氢(H?O?),从而诱导高毒性的ROS,导致肿瘤细胞死亡[[21], [22], [23]]。李及其同事报道了在MOF载体中稳定的纳米酶,用于癌症的化学动力学治疗。例如,Cu-Pd@MIL-101-PEG(CPMP)合金负载量为9.5 wt%,表现出最高的POD样和SOD样活性,以及GSH的消耗作用[24]。赵等人开发了一种名为MXM的混合材料,结合了Ti?C? MXene和Fe金属有机框架(Fe-MOFs),表现出POD样活性。这种混合材料利用近红外局域表面等离子体共振(NIR LSPR)的协同效应,增强了CDT和光热治疗(PTT)[25]。因此,利用具有酶样活性的金属节点的Fenton-/Fenton样特性来构建MOFs,可以促进CDT作为抗癌剂的实际应用[[26], [27], [28], [29], [30], [31], [32]]。
在本研究中,选择具有Fenton样活性的钴离子作为金属节点,与对谷胱甘肽敏感的配体DTDP结合,并通过搅拌反应加载Mn离子,构建了金属有机框架纳米材料Mn@Nano Co-DTDP。在该系统中,DTDP配体中的二硫键在高浓度GSH环境中断裂,消耗了GSH,削弱了细胞的抗氧化防御机制,同时促进了Co2?/Mn2?离子的释放。这些释放的离子催化H?O?转化为高毒性的活性氧(ROS)。生成的ROS有效积累,导致氧化损伤。此外,材料本身具有的GSHOx样和POD样活性持续消耗GSH并分解H?O?,进一步加剧了氧化应激。引入Mn2?显著提高了Fenton样反应的效率,从而增加了ROS的生成和细胞毒性,最终增强了化学动力学治疗(CDT)的效果。