跨界一年，然后发遍Nature三大子刊

微著

2019-09-29

近年来，催化技术蓬勃发展，涉及人类生产生活的方方面面，在加速化学反应进程、降低污染以及实现节能减排等方面做出了巨大的贡献。传统的催化研究涉及光催化、电催化、热催化等等，可以用于析氢反应、析氧反应、二氧化碳还原以及氮气还原合成氨等常见的化学的反应。近年来，国内外多个研究团队发表文章，介绍了将催化技术应用于生物领域用于肿瘤治疗，实现了催化的成功跨界，为癌症的治疗开辟了一条新的道路。

有鉴于此，我们从2019年以来的相关研究中精选了4项成果，分享给大家，以供学习交流。

1. Nat. Chem：靶向光催化杀死肿瘤细胞

乏氧的肿瘤微环境是光动力治疗（PDT）所面临的一个主要问题。法国PSL大学Gilles Gasser教授、中山大学巢晖教授和英国华威大学Peter Sadler教授合作，证明了利用光催化进行的氧化还原乏氧可以通过一个不依赖于氧的作用机制来解决这个问题。实验设计了一种具有高氧化态的Ir(III)光催化剂，[Ir(ttpy)(pq)Cl]PF₆，它对正常氧和乏氧癌细胞均有光毒性。研究发现，该复合物可以通过光催化过程氧化1,4-二氢烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)（活细胞中的重要辅酶）产生NAD^*自由基，并且这一催化反应在生物介质中也具有很高的转化频率（TOF）。

此外，该复合物和NADH也可以在乏氧条件下对细胞色素c进行协同的光还原。密度泛函理论计算结果表明，在复合物和NADH的加合物上发生的π堆积可以促进光诱导的单电子转移，而在癌细胞的线粒体中，复合物可通过和NADH发生的光催化过程来破坏电子转移链。在光的照射下，该复合物会进一步诱导NADH耗竭、细胞内氧化还原失衡和癌细胞的免疫原性凋亡。这一研究所开发的利用光催化诱导肿瘤细胞内氧化还原状态失衡的策略也为癌症的光学治疗提供了一种新的思路。

Huaiyi Huang , et al. Targetedphotoredox catalysis in cancer cells. NatureChemistry. 2019

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0328-4

2. Nat. Catal.：装载有超薄钯纳米片的癌症衍生外泌体用于靶向生物正交催化

生物正交化学启发了科学家们发展通过非天然方式体内合成生物活性剂的新策略。其中，Pd催化剂通过在生命系统中产生异生素和解笼菌生物分子，在生长正交催化领域中发挥了突出作用。然而，选择性地将催化剂递送至特定类型的细胞落后于催化剂的开发。

近日，萨拉戈萨大学Jesús Santamaría，爱丁堡大学Asier Unciti-Broceta等开发了一种人工生物装置，其含有负载了Pd纳米片催化剂的癌症衍生的外泌体。该杂化系统可在体外和细胞内介导Pd-触发的脱烷基化反应，并显示其祖细胞的优先向性。此外，使用特洛伊木糖外泌体将非生物催化剂输送到指定的癌细胞中，为新的靶向治疗方式创造了机会。

María Sancho-Albero, et al. Cancer-derived exosomes loadedwith ultrathin palladium nanosheets for targeted bioorthogonal catalysis. Nat.Catal., 2019

DOI:10.1038/s41929-019-0333-4

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0333-4

3. Nature. Nanotech：可肾清除的催化性金纳米簇用于体内疾病监测

超小金纳米团簇(AuNCs)具有很好的肿瘤富集和可被肾脏清除等特性，已经成为一种用于体内成像的灵敏探针。然而，目前还没有研究去利用AuNCs的催化活性来实现体内传感。麻省理工学院Sangeeta N.Bhatia教授和伦敦帝国理工学院Molly M. Stevens教授合作，利用具有类过氧化物酶活性和可被肾脏代谢的AuNCs构建了一种多功能蛋白酶纳米传感器，它可以对疾病微环境做出响应，从而在不到一小时的时间内产生比色信号读数并对疾病状态进行监测分析。

实验通过收集比较结直肠癌小鼠和正常小鼠尿液中AuNCs的催化活性，发现肿瘤小鼠比健康小鼠的比色信号增加了13倍。并且该纳米传感器在被注射后4周内会通过肝、肾而完全代谢，不会产生体内毒性。

Colleen N. Loynachan, et al. Renal clearable catalytic goldnanoclusters for in vivo disease monitoring. Nature Nanotechnology. 2019

DOI：10.1038/s41565-019-0527-6

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0527-6

4. Nature. Nanotech：肺部长期暴露于多壁碳纳米管会增强乳腺癌的级联转移

碳纳米管具有类似石棉的纤维结构和物理性质，最近在人类的肺组织中被发现。而关于碳纳米管诱导的肺部病理研究大多局限于肺部或邻近组织的炎症或肿瘤病变。中国科学技术大学朱涛教授团队和国家纳米科学中心陈春英团队合作，证明了肺部长期暴露于多壁碳纳米管后可显著增强血管生成和原位乳腺癌的侵袭性，进而导致其向肺部和其他器官的转移。

其机理在于暴露于多壁碳纳米管后会刺激产生局部和全身性炎症，这有助于形成转移前和转移性小生境。这一研究结果表明，纳米材料诱发的肺部病变会对肿瘤的发生发展产生复杂而长期的影响。

Xuefei Lu , et al. Long-term pulmonary exposure to multi-walled carbonnanotubes promotes breast cancer metastatic cascades. Nature Nanotechnology. 2019

DOI：10.1038/s41565-019-0472-4

https://doi.org/10.1038/s41565-019-0472-4