细胞内原位纳米催化在疾病诊断与治疗中的应用

doi:10.7503/cjcu20220676

摘要/Abstract

摘要：

纳米催化剂因其经济、稳定以及可量产等优势, 实现了细胞内原位催化反应, 为分子水平人工调控细胞功能提供了可能. 人工纳米催化剂优异的催化性能使其在不同生理和病理条件下成功用于诊断成像和治疗. 本文综合评述了具有天然酶活性的纳米催化剂在癌症和氧化应激治疗以及基于纳米催化剂介导的细胞内原位催化反应的精准诊断成像方面的主要研究进展, 并对纳米催化剂在未来生物医药领域应用中面临的挑战和机遇进行了展望.

关键词: 纳米催化剂, 细胞内催化, 诊断, 癌症, 氧化应激

Abstract:

Nanocatalysts offer possibilities to realize intracellular in situ catalytic reactions for artificially regulating cellular activities at the molecular level. Artificial nanocatalysts have shown excellent catalytic performances in diagnostic imaging and treatment under different physiological and pathological conditions due to their low cost， good stability， and safe yield production. In this review， we summarized the key progress in nanocatalysts with the activities of natural enzymes for cancer and oxidative stress treatments， and the proposed concept of accurate diag⁃nostic imaging based on nanocatalyst-mediated intracellular catalytic reaction， as well as the challenges and prospects of nanocatalysts for further applications in the health care field were discussed.

Key words: Nanocatalyst, Intracellular catalysis, Diagnosis, Cancer, Oxidative stress

中图分类号:

O643

TrendMD:

张恩东, 吕凤婷, 黄一鸣, 白昊天, 王树. 细胞内原位纳米催化在疾病诊断与治疗中的应用. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220676.

ZHANG Endong, LYU Fengting, HUANG Yiming, BAI Haotian, WANG Shu. Diagnostic Imaging and Therapeutic Effects of Nanocatalysts by Intracellular in situ Catalytic Reactions. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220676.

图/表 5

Fig.1 Diagnostic imaging and therapeutic effects of nanocatalysts by intracellular in situ catalytic reactions

Fig.2 Illustration of ROS⁃induced cross⁃linking of PTT⁃SGH and catalytic hydrolysis of ester⁃caged fluorophore FN and activate the turn⁃on fluorescence inside cancer cells for selective diagnosis(A), and confocal laser scanning microscopy(CLSM) images of distinguishing A549 cells in a mixed culture incubated with FN and PTT⁃GSH(B)(scale bars: 30 μm)[31]

Fig.3 Schematic illustration of self⁃replenishing nanocatalyst Fe3O4/Ag/Bi2MoO6 in the catalytic cycle to continuously maintain sufficient intracellular oxygen for catalytic cancer therapy[39]

Fig.4 Schematic illustration of light controlled intracellular gold nanocatalyst to regulate ROS scavenging behavior by supramolecular host⁃guest interaction(A) and the changes of the ROS level in MCF⁃7 cells with the different irradiation time under the condition of exogenous, and alternately irradiated with UV and visible light(B)[56]

Fig.5 Preparation of dual nanocatalytic system with tris(bipyridine)⁃ruthenium[Ru(bpy)3] complex and β⁃galactosidase(A), schematic illustration of intracellular dual catalysis for fluorogenic reactions to restore the fluorescence of fluorescein and coumarin(B), and confocal of inactive fluorescent probes Hela cells which were treated with dual nanocatalysts(C)[68]

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