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中科院納米能源所李琳琳與山東大學馬保金《Small》:納米粒子手性決定化學動力學癌癥治療效果
2024-02-23  來源:高分子科技

  手性存在于自然界的所有形式中,并在生物體中發揮著重要作用。氨基酸具有L-手性,而大多數糖類具有D-手性構型。天然酶由手性氨基酸組成,對底物的選擇也具有手性特異性。手性在細胞新陳代謝、細胞命運決定、免疫反應和分子識別等各種生物過程中發揮重要作用。很多藥物的手性也決定其治療效果。同樣,手性結構可能通過影響納米材料與生物分子/細胞之間的相互作用,從而調控生物醫學功能。因此,研究手性對這一相互作用的影響,將為納米材料的設計提供重要的意義和價值。


  中國科學院北京納米能源與系統研究所李琳琳研究員山東大學馬保金研究員團隊合作,發現了銅-半胱氨酸自組裝手性納米粒子(Cu-L-Cys NPs和Cu-D-Cys NPs)的手性決定了其化學動力學療法(CDT)癌癥治療的效果。這是在他們前期研發的銅-半胱氨酸自組裝納米粒子用于腫瘤化學動力學治療的基礎上(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 849-857;ESI高被引論文,被引用800余次),進一步深入探索的成果。


  研究發現,銅-L-半胱氨酸手性納米粒子(Cu-L-Cys NPs)對癌細胞中產生的過量L-谷胱甘肽(L-GSH)具有更高的親和力,能進一步提高Fenton-like反應效率,誘導癌細胞死亡,有效抑制腫瘤生長。實驗表征和分子動力學模擬均驗證了Cu-L-Cys NPs與L-GSH之間具有更強的相互作用。這種相互作用強弱是影響Fenton-like反應速率的關鍵因素。這項研究通過手性調控納米粒子與內源性L-GSH的親和力,實現了對催化活性的調節,提高治療效果。 


用于手性增強癌癥治療的手性銅-氨基酸納米粒子示意圖 


圖一. Cu-L-Cys和Cu-D-Cys NPs的化學動力學性能。


  Cu-L-Cys NPs在催化CDT過程中具有更高的催化活性,通過手性影響納米粒子與L-GSH的相互作用和反應,從而決定治療效果。實驗數據表明,與Cu-D-Cys NPs相比,Cu-L-Cys NPs與L-GSH的反應速度更快,加速Cu(II)還原成Cu(I),進一步有效地加速Fenton-like反應,從而提高?OH的生成量。


圖二. L-GSH與Cu-L-Cys或Cu-D-Cys NPs反應動力學。


  采用等溫滴定量熱法(ITC)從熱力學角度測量了L-GSH與Cu-L-Cys 或Cu-D-Cys NPs之間的結合常數K。Cu-L-Cys NPs與L-GSH的結合常數比Cu-D-Cys NPs與L-GSH高2.1倍。Cu-L-Cys NPs對L-GSH更強的親和力加速了二者氧化還原反應速率,進一步促進了后續Fenton-like反應。 


圖三. Cu-L-Cys和Cu-D-Cys NPs對4T1皮下腫瘤小鼠的體內癌癥治療。


  總的來說,這項研究發現了銅-氨基酸納米粒子的手性影響其與腫瘤內源性L-GSH的親和力以及氧化還原反應速率,從而決定了其化學動力學腫瘤治療效果。體內外實驗和分子動力學模擬結果均證明了這一點。這一發現為化學動力學納米藥物的設計拓寬了新的思路。


  近期,該研究成果以“Chirality of Copper–Amino Acid Nanoparticles Determines Chemodynamic Cancer Therapeutic Outcome”為題發表在學術期刊Small上。文章第一作者是廣西大學和中國科學院北京納米能源所聯合培養博士生王少波,通訊作者為中科院北京納米能源所李琳琳研究員和山東大學馬保金研究員


  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/smll.202309328 


  李琳琳課題組主頁:https://www.x-mol.com/groups/lilinlin

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(責任編輯:xu)
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