三阳离子CoPrFe层状双氢氧化物：集过氧化物酶模拟活性、抗菌与抗癌潜能于一体的纳米酶系统

本研究针对抗生素耐药性和癌症治疗系统性毒性的双重挑战，开发了具有多重功能的Pr掺杂CoFe层状双氢氧化物（CoPrFe-LDH）。该纳米材料展现出卓越的过氧化物酶样活性（Km值0.130 mM/H2 O2 和0.126 mM/TMB），通过ROS机制对金黄色葡萄球菌（S. aureus）表现出显著抗菌效果，并能诱导乳腺癌细胞MDA-MB-231凋亡（IC50 38.17 μg/mL），为开发新型纳米酶诊疗一体化平台提供了创新思路。

　　

在抗生素耐药性危机与癌症治疗副作用双重压力下，医疗领域迫切需要开发兼具高效杀菌和精准抗癌的新型治疗策略。传统抗生素面临细菌耐药性快速进化的严峻挑战，而化疗药物则因缺乏靶向性导致严重的全身毒性。这种困境催生了纳米材料在生物医学领域的创新应用，特别是具有酶催化功能的纳米酶系统，因其能模拟天然酶活性并产生杀菌的活性氧（ROS），同时可通过物理化学作用破坏癌细胞，成为突破现有治疗瓶颈的重要方向。

哈萨克斯坦科学和高等教育部资助的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地将稀土元素镨（Pr）引入钴铁层状双氢氧化物（LDH）结构，成功构建了三阳离子CoPrFe-LDH纳米酶系统。通过共沉淀法合成的这种二维纳米材料，不仅保留了LDH材料固有的生物相容性和载药优势，还通过Pr的掺杂赋予其增强的磁性和催化性能。研究证实该材料具有超越天然辣根过氧化物酶的催化效率，能通过膜损伤机制有效杀灭细菌，并诱导乳腺癌细胞程序性死亡，实现了"一材多用"的多功能协同治疗效果。

关键技术方法包括：共沉淀法合成CoPrFe-LDH；场发射扫描电镜（FE-SEM）和能量色散光谱（EDS）表征形貌与元素组成；X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）分析晶体结构与形貌特征；稳态动力学分析测定酶促反应参数；微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）；MTT法评估细胞毒性；荧光显微镜观察细胞凋亡形态学变化。

Characterization for LDH formation
通过FE-SEM观察到纳米片状形貌，EDS元素图谱证实Co、Fe、Pr的均匀分布。XRD显示特征衍射峰证实LDH晶体结构形成，HRTEM显示清晰的晶格条纹（间距0.26 nm对应LDH的（012）晶面），AFM测得单层厚度约1.2 nm。FT-IR在3450 cm^-1
处出现-OH伸缩振动峰，拉曼光谱在540 cm^-1
处出现Co-O特征峰，验证了材料的结构完整性。

Peroxidase-like activity assessment
在pH 4.0和25°C优化条件下，CoPrFe-LDH催化H₂
O₂
氧化TMB产生典型蓝色反应，动力学参数显示其对H₂
O₂
和TMB的亲和力（Km）分别比天然辣根过氧化物酶低3.8倍和4.2倍。机理研究表明，Pr³⁺
的引入促进了•OH自由基生成，这是其高效催化活性的关键。

Antibacterial performance
对革兰阳性菌S. aureus和革兰阴性菌E. coli的抗菌测试显示，前者更敏感（MIC 32 μg/mL vs 64 μg/mL）。FE-SEM观察到细菌表面出现明显凹陷和孔洞，荧光染色显示膜完整性破坏，证实其通过物理损伤细胞膜和ROS氧化应激的双重机制发挥杀菌作用。

Anticancer activity
MTT实验显示CoPrFe-LDH对MDA-MB-231细胞的剂量依赖性毒性（24 h IC₅₀
38.17 μg/mL），显著低于对正常乳腺细胞MCF-10A的毒性（IC₅₀

200 μg/mL）。凋亡分析显示早期凋亡细胞比例达34.7%，Western blot检测到caspase-3激活，表明通过线粒体途径诱导程序性死亡。

该研究开创性地将稀土元素掺杂策略应用于LDH纳米酶设计，解决了传统纳米材料功能单一的问题。CoPrFe-LDH的三大突出特性——高效催化、选择性抗菌和靶向抗癌，使其成为极具临床转化潜力的多功能纳米平台。特别值得注意的是，其低于天然酶的Km值意味着在更低浓度下即可发挥治疗效果，这将显著降低潜在毒副作用。对S. aureus的特异性杀伤效果为耐药菌感染提供了新解决方案，而对乳腺癌细胞的选择性毒性则展现了其在精准医疗中的应用前景。这项研究为开发下一代"智能"纳米药物提供了重要范式，通过单一系统实现感染控制与肿瘤治疗的协同干预，有望简化治疗方案并降低医疗成本。未来研究可进一步探索该材料在体内靶向递送、免疫调节等方面的潜力，推动其向临床转化迈进。