近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院與新加坡南洋理工大學(xué)合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置電子順磁共振譜儀，構(gòu)建出新型海膽狀銅單原子納米酶，并揭示了海膽針刺長(zhǎng)度與細(xì)胞內(nèi)吞效率及相應(yīng)腫瘤催化治療效果之間的構(gòu)效關(guān)系。

　　研究以多巴胺和氯化銅為前驅(qū)體，利用有機(jī)分子碳化—自還原策略，一步合成出海膽狀銅單原子納米酶UCCSE，并通過精細(xì)調(diào)控表面針刺長(zhǎng)度優(yōu)化其催化性能。在腫瘤微環(huán)境中，UCCSE展現(xiàn)出類過氧化物酶與類谷胱甘肽過氧化物酶活性：催化內(nèi)源性H2O2持續(xù)產(chǎn)生高活性的羥基自由基，并消耗細(xì)胞內(nèi)還原性谷胱甘肽，抑制?OH被清除，放大氧化應(yīng)激效應(yīng)，提升了化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療效果。研究進(jìn)一步結(jié)合電子順磁共振測(cè)量、米氏動(dòng)力學(xué)分析及理論計(jì)算等手段證實(shí)，UCCSE的高類芬頓催化效率源自高度分散的CuN4單原子活性位點(diǎn)。

　　研究還剖析了海膽針刺長(zhǎng)度與細(xì)胞內(nèi)吞行為之間的構(gòu)效關(guān)系。研究依托活細(xì)胞成像工作站、細(xì)胞內(nèi)銅含量測(cè)定等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，UCCSE通過內(nèi)吞途徑被細(xì)胞攝取。實(shí)驗(yàn)顯示，UCCSE在相同時(shí)間內(nèi)的胞內(nèi)聚集量及相應(yīng)的腫瘤細(xì)胞殺傷能力，隨針刺長(zhǎng)度增加而提升，證明了針刺形貌能夠增強(qiáng)納米酶的內(nèi)吞效率和腫瘤細(xì)胞攝取能力。該研究從微觀形貌調(diào)控視角，為提升單原子納米酶的腫瘤化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療性能提供了新思路。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UCCSE在細(xì)胞水平和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腫瘤效果。不同針刺長(zhǎng)度的UCCSE在體內(nèi)治療表現(xiàn)方面存在差異：長(zhǎng)針刺結(jié)構(gòu)在血液中具有更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間和更高的腫瘤富集能力，展現(xiàn)出腫瘤生長(zhǎng)抑制作用，且未對(duì)小鼠主要臟器和組織造成明顯不良影響，表現(xiàn)出良好的生物安全性。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

UCCSE的合成及腫瘤催化治療示意圖