在过去的十几年中，以癌症代谢为治疗靶点的药物干预引起了人们较大的兴趣。例如饥饿疗法，可通过葡萄糖氧化酶消耗外源葡萄糖，阻断肿瘤的能量供应，从而促进肿瘤治疗。然而，仅仅通过消耗葡萄糖并不能完全阻断肿瘤能量（主要是ATP）的供应。其他替代能源物质，如乳酸、谷氨酰胺、丙酮酸，仍然可以为肿瘤细胞增殖提供能量。
氧化磷酸化（OXPHOS）是细胞能量代谢的下游反应。可通过一氧化碳（CO）破坏线粒体电子传递链（ETC），使OXPHOS解耦联，彻底阻断ATP产生。但CO在正常组织中的非特异性释放会降低肿瘤细胞中CO浓度，导致代谢和氧化还原适应，最终产生耐药性。目前文献中已经报道了一些方法克服上述不足，但高效特异性CO释放平台的开发仍然是一个巨大的挑战。
图1 材料设计与级联反应。(A)通过两步后修饰在UiO-66-OH(Hf)纳米MOF平台上加载2I-BODIPY光敏剂和CO前药MnCO。(B)光触发的细胞内级联反应产生1O2和CO诱导细胞死亡。
最近，山东师范大学董育斌（点击查看介绍）课题组设计了基于级联反应的光动力治疗（PDT）和CO释放平台。在纳米尺度金属-有机框架（NMOF）上通过2I-BODIPY、羰基锰化合物的两步后修饰，获得了UiO-BDP-MnCO复合纳米材料。在特定光照射下，PDT产生的1O2可以激活肿瘤细胞中的线粒体氧化应激，从而导致细胞内活性氧（ROS）上调。产生的ROS（例如H2O2和1O2）可以触发MnCO分解释放CO。PDT和释放的CO都会不可逆地损害肿瘤细胞的线粒体，进而诱导细胞死亡。而细胞内源性的氧化物质却不能氧化羰基锰化合物释放CO。由于这种细胞内级联反应引起的CO释放只会发生在光照区域，可以有效避免CO的副作用。该NMOF体系表现出良好的细胞和活体治疗效果，为更加精确和高效的肿瘤治疗提供了新的研究思路。
图2 细胞和活体的治疗效果。(A) 细胞MTT实验评估不同处理条件下的细胞活力。(B) Calcein-AM/PI双染色直观地检测细胞存活情况。(C–E) 在异种移植物乳腺癌肿瘤模型中验证PDT与CO联合治疗的可行性。
这一成果近期发表在Chem. Commun.上，并被选为Back Cover，文章的第一作者为山东师范大学化学化工与材料科学学院的博士生官群，通讯作者为李延安副教授和董育斌教授。
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A nanoscale metal–organic framework for combined photodynamic and starvation therapy in treating breast tumors
Qun Guan, Le-Le Zhou, Yan-An Li, Yu-Bin Dong
Chem. Commun., 2019, 55, 14898-14901, DOI: 10.1039/C9CC07510K (highlighted by back cover)
导师介绍
董育斌
https://www.x-mol.com/university/faculty/12164
李延安
https://www.x-mol.com/groups/li_yanan
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