新型可降解纳米药物ZnO2@Fe3+-TA@PVP用于肿瘤的化学动力学治疗

doi:10.7503/cjcu20220554

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (12): 20220554.doi: 10.7503/cjcu20220554

新型可降解纳米药物ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP用于肿瘤的化学动力学治疗

周仕杰¹^,²^,³, 赵莹³, 牛瑞³, 徐博³, 薛东芝³, 王樱蕙³(), 张洪杰¹^,²^,³^,⁴()

^1.中国科学技术大学稀土学院, 合肥 230026
^2.中国科学院赣江创新研究院, 赣州 341000
^3.中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室, 长春 130022
^4.清华大学化学系, 北京 100084

收稿日期:2022-08-20 出版日期:2022-12-10 发布日期:2022-10-17
通讯作者: 王樱蕙,张洪杰 E-mail:yhwang@ciac.ac.cn;hongjie@ciac.ac.cn
基金资助:
国家自然基金(52022094);中国科学院青年创新促进会(2019232)

Novel Biodegradable Nanodrugs ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP for Chemodynamic Therapy

ZHOU Shijie¹^,²^,³, ZHAO Ying³, NIU Rui³, XU Bo³, XUE Dongzhi³, WANG Yinghui³(), ZHANG Hongjie¹^,²^,³^,⁴()

^1.School of Rare Earths，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China
^2.Ganjiang Innovation Academy，Chinese Academy of Sciences，Ganzhou 341000，China
^3.State Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization，Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130022，China
^4.Department of Chemistry，Tsinghua University，Beijing 100084，China

Received:2022-08-20 Online:2022-12-10 Published:2022-10-17
Contact: WANG Yinghui, ZHANG Hongjie E-mail:yhwang@ciac.ac.cn;hongjie@ciac.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(52022094);the Youth Innovation Promotion Association of Chinese Academy of Sciences(2019232)

1. ESM to 20220554.pdf(534KB)

摘要/Abstract

摘要：

为了提高化学动力学疗法的治疗效果, 设计制备了一种新颖的可降解纳米药物ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP. 在弱酸性的肿瘤微环境中, 该纳米药物可降解为Zn²⁺, Fe³⁺, 单宁酸(TA)和H₂O₂, 实现了肿瘤微环境内H₂O₂的自供给. 同时, 释放出的Fe³⁺被TA进一步还原成Fe²⁺, 实现了肿瘤原位Fe²⁺的自生成, 并进一步与H₂O₂发生芬顿反应生成毒性的羟基自由基(·OH), 从而实现对肿瘤细胞特异性的化学动力学治疗. 此外, Zn²⁺通过抑制线粒体电子传递链(ETC)来促进内源性超氧阴离子(·O $2 -$ )的产生, 从而协同提高了治疗效果.

关键词: 化学动力学疗法, 可降解, H₂O₂的自供给, Fe²⁺的自生成

Abstract:

A novel biodegradable nanodrugs ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP for further improving the treatment effect of chemodynamic therapy（CDT） was prepared. In the acidic tumor microenvironment， ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP could be degraded to Zn²⁺， Fe³⁺， tannic acid（TA） and H₂O₂， achieving H₂O₂ self-supply. Moreover， Fe³⁺ ions were further reduced to Fe²⁺ by TA， realizing the self-generation of Fe²⁺ in the tumor site. Fenton reaction occurred between Fe²⁺ and H₂O₂ to produce high toxic ·OH， which realized efficient CDT. Meanwhile， Zn²⁺ ions inhibited the mitochondrial electron transport chain（ETC） to promote the production of endogenous superoxide anion（·O $2 -$ ）， thus synergistically improving the therapeutic effect.

Key words: Chemodynamic therapy, Biodegradable, Self-supply of H₂O₂, Self-generation of Fe²⁺

中图分类号:

O614

TrendMD:

周仕杰, 赵莹, 牛瑞, 徐博, 薛东芝, 王樱蕙, 张洪杰. 新型可降解纳米药物ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP用于肿瘤的化学动力学治疗. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220554.

ZHOU Shijie, ZHAO Ying, NIU Rui, XU Bo, XUE Dongzhi, WANG Yinghui, ZHANG Hongjie. Novel Biodegradable Nanodrugs ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP for Chemodynamic Therapy. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220554.

图/表 3

Fig.1 SEM image of ZnO2(A), TEM images of ZnO2(B), ZnO2@Fe3+⁃TA(C), ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP(D), EDS elemental mappings of ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP(E1—E5), XRD pattern of ZnO2(F), zeta potentials of ZnO2, ZnO2@Fe3+⁃TA, ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP(G), and comparison of PVP modified with and without nanodrugs(H)

Fig.2 TEM images of ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP in PBS solutions[pH=7.4(A) and 6.5(B)] at 24 h, schematic illustration of ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP self⁃sufficient H2O2, Fe2+and Zn2+(C), color change of the system before and after adding 1,10⁃phenanthroline(top: without 1,10⁃phenanthroline; bottom: with 1,10⁃phenanthroline)(D), H2O2 generation of ZnO2 in different pH solutions(E), fluorescence spectra of terephthalic acid oxidized by ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP at different concentrations(F) and pH values(G)

Fig.3 Cellular uptake experiment of FITC⁃labeled ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP and DAPI⁃labeled cell nucleus in 4T1 cells at varied time points(A), cytotoxicity induced by different concentrations of ZnO2@Fe3+⁃TA@PVP at pH=7.4 and 6.5(***P<0.001)(B), fluorescence images of 4T1 cells costained with Calcein⁃AM(live cells, green) and PI(dead cells, red)(C), DCFH⁃DA probe(D), zinquin ethyl ester probe(E), ROS GreenTM H2O2 probe(F), DHE probe(G) and JC⁃1 probe(H) after different treatmentsScale bars： 100 µm.

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新型可降解纳米药物ZnO₂@Fe³⁺-TA@PVP用于肿瘤的化学动力学治疗

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