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纳米催化剂能够通过将肿瘤微环境（TME）中的内源性物质转化为高毒性的活性氧（ROS）来抑制肿瘤生长。众所周知，增加活性金属的负载量可以提高催化活性，但高金属含量也增加了生物安全性的风险。因此，在有限的金属含量下，最大化纳米催化剂的催化性能具有重要意义。
鉴于此，中科大刘扬中教授、新国立陈小元教授与中科大孙永福教授合作，提出了一种“催化位点全暴露”的合成策略。以金属铱（Ir）为例，将Ir原子定点锚定在碳氮基底的外表面，获得了催化性能优越，且金属含量仅为∼ 0.11% Ir单原子催化剂（Ir SAC）。Ir SAC表现出良好的模拟过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSHOx）的双重酶活性，可催化内源性的H2O2在酸性TME中转化为•OH，同时消耗谷胱甘肽（GSH），引起细胞脂质过氧化，促进肿瘤细胞铁死亡。此外，在一种能够捕获GSH的新型四价铂化合物的支持下，联合纳米药物平台（Pt@IrSAC）表现出更加显著的抗肿瘤功效。
图 1. Pt@IrSAC/RBC 在肿瘤铁死亡治疗中的应用示意图。
图 2. Ir1/CN
SAC 的合成和结构表征。 a，通过离子交换策略制造 Ir1/CN SAC 的方案。 b，Ir1/CN
SAC 的 TEM 照片。 c，HAADF-STEM 图像。 d，相应的能量色散 X 射线元素映射，表明铱 (Ir)、氮 (N) 和碳 (C) 在 Ir1/CN
SAC 中的均匀分布。 e, f, 原子分辨率 HAADF-STEM 图像和带有颜色剖面的强度图，颜色对比证实了 Ir 物种在 CN 骨架上的原子分散。 g，实验 Ir1/CN
SAC 的傅立叶变换 EXASF 信号以及参考样本。 h，Ir1/CN
SAC 和参考样品的 XANES。 i，Pt@IrSAC/RBC 的 TEM。 j，Ir1/CN SACs 和 Pt@IrSACs/RBC 的流体动力学直径的动态光散射分析。
图 3. Pt@IrSAC/RBC 的表征。 a，Pt@IrSAC/RBC 的透射电子显微照片。 b，Ir1/CN
SACs 和 Pt@IrSACs/RBC 粒径的动态光散射分析。 c，动态光散射分析得到的 Ir1/CN SACs 和 Pt@IrSACs/RBC 的 Zeta 电位。 d，Pt@IrSACs/RBC 在含有 10% FBS 的细胞培养基中的稳定性。 e，在 pH 7.4、6.0 和 4.5 下通过 TMB 显色反应测量的 Ir1/CN SAC 的 POD 样活性。 f，通过TMB显色反应的Ir1/CN
SACs的POD样活性。g, ESR谱以DPBF为捕集剂检测•OH。 h，DTNB 还原试验对 Ir1/CN
SAC 的 GSHOx 催化特性。i, RPt@Ir SACs 在 1064 nm 激光照射下的光热效应。j, RPt@Ir SACs 在不同时间的红外热成像。 k，使用 1064 nm 激光重复照射循环的 RPt@Ir SAC 的温度变化曲线。 l, RPt@Ir SACs光热转换效率的计算。 η = 38.1%。
图 4. Pt@IrSAC/RBC 的体外催化性能。 a，4T1 细胞与 RN@IrSAC 孵育后的共聚焦显微镜图像。 b，通过流式细胞术使用 DCFH-DA 染色分析 4T1 细胞中的 ROS 水平。 c，用 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 处理 48 小时后的 4T1 细胞的细胞活力。 d，用 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 处理的活/死共染 4T1 细胞 24 小时。 e，CLSM 图像用于分析线粒体损伤。
图 5. Pt@IrSAC/RBC 的潜在抗肿瘤机制。 a, 与 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 孵育后用 AO 染色的 4T1 细胞的荧光图像。 b，在与 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 孵育后的 4T1 细胞中通过 BODIPY-C11 染色测量的脂质过氧化物。 c，Pt@IrSACs/RBC处理24小时后细胞形态的TEM成像。 d, 与 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 孵育后 4T1 细胞的 GSH 水平。 e，与 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 孵育后 4T1 细胞的 MDA 水平。 f，用 Pt(IV)、IrSACs 和 Pt@IrSACs/RBC 处理后 4T1 细胞中 GPX4、HSP 70 和 HSP 90 表达的蛋白质印迹分析。
图6. Pt@IrSAC/RBC 对小鼠 4T1 肿瘤的有效治疗效果。 a, 780@IrSAC/RBC注射前后的实时生物分布图像。 b, 在 1064 nm 激光照射下注射 24 小时后，用 15 mg/kg
Pt@IrSACs/RBC 处理的 4T1 荷瘤小鼠的热成像图像。 c，治疗计划的展示。在注射 24 小时后，仅在有或没有 1064 nm 照射的情况下，以 15 mg/kg 的剂量静脉内给予纳米剂。d-f，监测小鼠的肿瘤生长（d，e）和存活率（f）。 g-i，组织学显微图像。解剖的肿瘤用 Tunel，GPX4 (h) 和 HSP 70 (i) 染色。
中国科学技术大学副研究员程珺洁、博士生李力和金铎为该研究的共同第一作者。论文的通讯作者为中国科学技术大学刘扬中教授、新加坡国立大学陈小元教授以及中国科学技术大学孙永福教授。
参考文献：Cheng, J., Li, L., Jin, D., Dai, Y., Zhu, Y., Zou, J., Liu, M., Yu, W., Yu, J., Sun, Y., Chen, X., and Liu, Y. Boosting Ferroptosis Therapy with Iridium Single Atom Nanocatalyst in Ultra‐low Metal Content. Advanced Materials, 2023, 10.1002/adma.202210037
原文链接
https://doi.org/10.1002/adma.202210037
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