Ultra-Small Platinum Nanoparticle-Enabled Catalysis and Corrosion Susceptibility Reverse Tumor Hypoxia for Cancer Chemoimmunotherapy

超小鉑納米顆粒催化和腐蝕敏感性逆轉(zhuǎn)腫瘤缺氧用于癌癥化學(xué)免疫治療

來源：ACS Appl. Bio Mater. 2021, 4, 6527?6538

 

1. 摘要核心內(nèi)容

 

論文提出一種超小型鉑納米粒子（Pt-nano，包括DCPN和CPN），通過雙重功能逆轉(zhuǎn)腫瘤缺氧：

 

催化功能：模擬過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD），分解ROS（如H?O?和O??）并產(chǎn)生氧氣，降低缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α的表達(dá)。

 

腐蝕敏感性：在腫瘤微環(huán)境（TME）中釋放鉑離子，直接殺傷腫瘤細(xì)胞，同時(shí)降低PD-L1等免疫檢查點(diǎn)分子。

 

聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)阻斷（抗PD-1抗體），顯著增強(qiáng)化療免疫療效。

 

2. 研究目的

 

解決腫瘤缺氧導(dǎo)致的化療和免疫治療耐藥性問題：

 

傳統(tǒng)鉑類藥物（如順鉑）會加劇ROS和缺氧，促進(jìn)HIF-1α介導(dǎo)的腫瘤進(jìn)展和免疫抑制。

 

開發(fā)兼具催化產(chǎn)氧和可控釋放鉑離子的納米藥物，同步抑制缺氧信號并激活抗腫瘤免疫。

 

3. 研究思路

 

材料設(shè)計(jì)：

 

合成1 nm超小型鉑納米粒子（CPN），用聚酰胺胺（PAMAM）樹枝狀大分子限域尺寸。

 

添加pH敏感型PEG外殼（DCPN），僅在酸性TME中釋放CPN，減少系統(tǒng)毒性。

 

功能驗(yàn)證：

 

腐蝕激活后，驗(yàn)證其類酶催化活性（分解ROS）和鉑離子釋放能力。

 

體外實(shí)驗(yàn)：證明DCPN降低腫瘤細(xì)胞ROS/HIF-1α水平，逆轉(zhuǎn)缺氧信號。

 

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)：在移植瘤模型中評估抑瘤效果、缺氧改善及免疫微環(huán)境重塑。

 

聯(lián)合治療：

 

DCPN聯(lián)合抗PD-1抗體，增強(qiáng)T細(xì)胞浸潤和免疫應(yīng)答。

 

4. 測量數(shù)據(jù)及研究意義

(1) 材料表征（來自Figure 1）

 

HRTEM/EDX（圖1a-b）：證實(shí)Pt-nano尺寸為~1 nm，含鉑元素。

 

DLS（圖1c）：顯示DCPN水合直徑~20 nm（CPN為2 nm），證明PEG包覆成功。

 

GPC（圖1d）：驗(yàn)證DCPN在pH 6.5（模擬TME）釋放CPN，提供靶向遞送依據(jù)。

 

XPS（圖1e）：腐蝕后Pt(4f7/2)結(jié)合能從71 eV升至73 eV，表明氧化態(tài)鉑形成。

 

鉑離子釋放（圖1f）：DCPN在酸性環(huán)境（pH 4.5-6.5）高效釋放鉑離子，支撐其可控細(xì)胞毒性機(jī)制。

 

意義：確認(rèn)納米粒子的尺寸、穩(wěn)定性及TME響應(yīng)性，為后續(xù)生物學(xué)功能奠定基礎(chǔ)。

 

(2) 類酶催化活性（來自Figure 2）

 

H?O?分解（圖2a）：CPN/DCPN在pH 7.4-4.5均能催化H?O?消耗，但DCPN因PEG屏蔽活性較低。

 

O?生成（圖2b）：用丹麥Unisense電極測量，顯示DCPN在H?O?存在下顯著產(chǎn)氧（pH 6.5時(shí)達(dá)~400 μM/min）。

 

SOD活性（圖2d）：CPN/DCPN有效清除O??（WST-1法檢測）。

 

意義：直接證明Pt-nano通過催化反應(yīng)逆轉(zhuǎn)缺氧，為抑制HIF-1α提供機(jī)制支持。

 

(3) 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)（來自Figure 3-4）

 

 

細(xì)胞毒性（圖3a）：DCPN在pH 6.5選擇性殺傷TC-1腫瘤細(xì)胞（IC??~5 μg/mL），順鉑無pH選擇性。

 

ROS/HIF-1α抑制（圖3b, 圖4a）：DCPN降低缺氧條件下H?O?分泌（圖3b），減少HIF-1α和p-STAT3蛋白表達(dá)（圖4a）。

 

缺氧探針成像（圖4b）：DCPN處理組腫瘤細(xì)胞缺氧熒光信號減弱。

 

意義：驗(yàn)證納米粒子通過清除ROS抑制HIF-1α通路，逆轉(zhuǎn)腫瘤缺氧適應(yīng)。

 

(4) 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)（來自Figure 5-6）

 

 

腫瘤缺氧改善（圖5）：免疫組化顯示DCPN組腫瘤缺氧區(qū)域（Hypoxyprobe染色）顯著減少。

 

免疫微環(huán)境重塑（圖6a）：

 

增加腫瘤浸潤C(jī)D8?T細(xì)胞比例（圖6a）。

 

降低PD-L1表達(dá)（圖6b）及免疫抑制因子（IL-10、CCL2）。

 

提升促炎因子（IFN-γ、IFN-β）水平（圖6c-d）。

 

聯(lián)合療效（圖6e）：DCPN聯(lián)合抗PD-1抗體顯著抑制腫瘤生長。

 

意義：證實(shí)DCPN通過逆轉(zhuǎn)缺氧改善免疫抑制微環(huán)境，增強(qiáng)免疫治療響應(yīng)。

 

5. 關(guān)鍵結(jié)論

 

材料創(chuàng)新：成功構(gòu)建pH響應(yīng)型超小鉑納米粒子（DCPN/CPN），兼具催化產(chǎn)氧和可控釋放鉑離子功能。

 

機(jī)制突破：

 

通過分解ROS抑制HIF-1α/STAT3通路，逆轉(zhuǎn)腫瘤缺氧。

 

降低PD-L1表達(dá)，減少T細(xì)胞耗竭，增加CD8?T細(xì)胞浸潤。

 

治療價(jià)值：DCPN聯(lián)合抗PD-1抗體顯著增強(qiáng)抗腫瘤效果，為化療免疫治療提供新策略。

 

6. Unisense電極測量數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀

數(shù)據(jù)來源（Figure 2b）

 

使用丹麥Unisense微電極系統(tǒng)（OX-N型）實(shí)時(shí)測量溶液中氧氣濃度變化：

 

實(shí)驗(yàn)條件：50 mg/mL DCPN或CPN與1 mM H?O?反應(yīng)。

 

關(guān)鍵結(jié)果：在pH 6.5（模擬TME）下，DCPN催化H?O?分解產(chǎn)氧速率達(dá)~400 μM/min。

 

研究意義

 

直接驗(yàn)證催化效率：

 

Unisense電極提供高時(shí)空分辨率的溶解氧動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，定量證明 Pt-nano的類過氧化氫酶活性在腫瘤微環(huán)境pH下仍保持高效，為"逆轉(zhuǎn)缺氧"提供核心實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

 

區(qū)別于傳統(tǒng)藥物的優(yōu)勢：

 

順鉑等化療藥會升高ROS加劇缺氧，而Unisense數(shù)據(jù)表明Pt-nano能主動(dòng)增加氧氣供給，解決腫瘤微環(huán)境缺氧的根本問題。

 

支撐體內(nèi)療效機(jī)制：

 

體外測定的產(chǎn)氧能力與體內(nèi)觀察到缺氧區(qū)域減少（圖5）、HIF-1α下調(diào)（圖4a）形成因果鏈條，闡明DCPN通過催化產(chǎn)氧破壞缺氧-免疫抑制惡性循環(huán)。