近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员团队与新加坡南洋理工大学赵彦利教授团队合作，依托稳态强磁场实验装置电子顺磁共振谱仪，成功构建出一种新型海胆状铜单原子纳米酶，并揭示了海胆针刺长度与细胞内吞效率及相应肿瘤催化治疗效果之间的构效关系，相关研究成果发表在国际期刊ACS Nano上。
图 1. UCCSE的合成及肿瘤催化治疗示意图
该研究采用多巴胺和氯化铜为前驱体，利用课题组发展的有机分子碳化-自还原策略，一步合成出海胆状铜单原子纳米酶(UCCSE)，并通过精细调控表面针刺长度进而优化其催化性能。在肿瘤微环境中，UCCSE同时展现出类过氧化物酶与类谷胱甘肽过氧化物酶活性：一方面催化内源性H2O2持续产生高活性的羟基自由基(•OH)，另一方面消耗细胞内还原性谷胱甘肽，抑制•OH被清除，从而放大氧化应激效应,提升化学动力学治疗效果。研究团队结合电子顺磁共振测量、米氏动力学分析及理论计算等多种手段进一步证实了UCCSE的高类芬顿催化效率源自高度分散的CuN4单原子活性位点。
更重要的是，合作团队还系统研究了海胆针刺长度与细胞内吞行为之间的构效关系。依托活细胞成像工作站及细胞内铜含量测定等技术，研究者发现UCCSE通过内吞途径被细胞摄取，其在相同时间内的胞内聚集量及相应的肿瘤细胞杀伤能力均随针刺长度增加而显著提升，充分证明了针刺形貌能够显著增强纳米酶的内吞效率和肿瘤细胞摄取能力。该结果从创新的微观形貌调控视角，为进一步提升单原子纳米酶的肿瘤化学动力学治疗性能提供了新思路。
实验结果表明，UCCSE在细胞水平和动物实验中均展现出了优异的抗肿瘤效果。不同针刺长度的UCCSE在体内治疗表现上存在显著差异：长针刺结构在血液中具有更长的循环时间和更高的肿瘤富集能力，显示出最强的肿瘤生长抑制作用，同时未对小鼠主要脏器和组织造成明显不良影响，表现出良好的生物安全性。
该项研究获得了国家重点研发计划、凯发k8省杰出青年科学基金、合肥物质院拔尖人才培育计划、强磁场凯发k8省实验室方向基金、凯发k8省博士后科学基金等项目的支持。
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