肿瘤微环境激活的纳米平台用于自增强肿瘤治疗

Recently, green tumor therapy receives more and more attention by using tumor microenvironment specificity. Chemodynamic therapy and gas therapy are known as "green" cancer treatment methods, which can be achieved without the need of external toxic agents or energy input, thus circumventing the limitations posed by drug toxicity or the penetration of light through tissues. However, the ROS production is insufficient to kill the tumor cells due to the low concentration of H2O2 and gas in cancer cells. In this project, polypeptide functionalized transition metal coordination polymer (MCPs) were prepared and used to deliver ion catalyst and gas donor to tumor. The ion catalyst and gas donor will then be released by decomposition of pH-responsive coordination bond. And the intracellular glutathione stimulate the release of gas molecules and kill cancer cells. Meanwhile, gas molecules increase the level of hydrogen peroxide in tumor cells, thereby increasing the efficiency of Fenton reaction and achieving gas-enhanced chemodynamic therapy. And the material has good biocompatibility and degradability, which reduces system toxicity. Also the transition metal ions can be used as an magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent, which achieved MRI-guided chemodynamic therapy and gas therapy (CDT/GT) synergistic therapy. This project provides new methods and means for green tumor therapy of tumor.

近年来，利用肿瘤微环境特异性发展的绿色肿瘤治疗方法，受到广泛关注。其中化学动力学疗法和气体疗法被誉为“绿色”癌症治疗手段，由于不需要通过输入外部毒性试剂或能量来杀死癌细胞，规避了药物毒性或光线穿透组织所带来的局限性。然而肿瘤内表达H2O2和气体的量太低，产生的ROS不足以杀灭癌细胞。本项目拟利用多肽修饰的过渡金属配位聚合物将芬顿反应离子催化剂和气体前体分子同时输送到肿瘤病灶，拟利用配位键的pH响应性，释放芬顿反应离子催化剂和气体前体分子，进一步在细胞内谷胱甘肽刺激下释放气体分子，杀伤癌细胞，同时气体分子提高了肿瘤细胞内H2O2水平，从而提高芬顿反应效率，实现了气体增强的化学动力学治疗，同时该材料具有良好的生物相容性和降解性，降低了系统毒性。另一方面过渡金属离子大多具有核磁成像的性质，实现了成像指导下的化学动力学和气体疗法（CDT/GT）的协同治疗。本项目为绿色肿瘤治疗提供了新的方法和手段。

癌症已经成为严重威胁人类生命安全的主要疾病之一。而传统的癌症治疗手段（包括：化学疗法、放射疗法和手术治疗）面临着特异性差、毒性强和治疗抗性高等缺点。因此，亟需探索新型的治疗方法以提高对肿瘤的疗效并减少副作用。近年来，纳米技术和材料的快速发展为治疗恶性肿瘤开辟了新的方法，特别是，肿瘤微环境响应的新型多功能纳米材料可实现肿瘤的特异性治疗及成像，显示出巨大的潜力。其中，基于纳米材料的化学动力学疗法（CDT）及气体治疗（GT）被誉为“绿色”癌症治疗手段，受到了广泛的关注。然而，这些治疗方法仍然面临效率低的问题。因此，仍需探索新型、高效的肿瘤诊疗策略。本项目针对目前肿瘤治疗效率低这一难题，设计了多种多功能抗肿瘤体系，开展了系列研究：制备了一系列具有生物相容性、可降解性及高芬顿反应催化效率的金属配位聚合物纳米材料及其类似物材料，成功实现CDT治疗肿瘤；开发出多种可用于核磁共振成像、CT成像、光声成像等的纳米材料，实现肿瘤的诊疗一体化；基于纳米材料的高负载能力，进一步负载气体前体分子，实现增强的CDT及CDT/GT的协同肿瘤治疗。我们的研究为绿色肿瘤治疗提供了新的方法和手段。在此项目的资助下，我们已在Angew. Chem., Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nanoscale Horiz.等期刊发表论文15篇。申请专利4项，其中获得授权3项。培养毕业博士研究生4名，毕业硕士生3名。其中2人次获得国家奖学金，1人次获得中国科学院院长特别奖。