肿瘤微环境响应型CD-CuO2 纳米杂化体的设计及其成像引导自增强化学动力学治疗研究

针对化学动力学治疗(CDT)中铜基芬顿试剂稳定性差、H2 O2 供给不足等问题，研究人员开发了碳量子点(CDs)稳定的CD-CuO2 纳米杂化体。该体系在模拟血液环境中保持稳定，在肿瘤微环境中释放Cu2+ 和H2 O2 实现自增强CDT，同时激活CDs荧光成像，对HepG2细胞展现特异性杀伤(IC50 =27μg/mL)，为肿瘤靶向治疗提供新策略。

　　

在肿瘤治疗领域，化学动力学治疗(CDT)因其利用肿瘤微环境(TME)特异性产生活性氧(ROS)的特性备受关注。然而传统铁基芬顿反应受限于苛刻的酸性条件(pH 2-4)和有限的H₂
O₂
供给，而铜基体系虽催化效率提高160倍却面临稳定性差和铜离子泄漏风险。更棘手的是，肿瘤内高浓度谷胱甘肽(GSH)会消耗生成的·OH，且现有H₂
O₂
自供给策略常需复杂载体系统。这些瓶颈严重制约着CDT的临床应用。

针对这些挑战，国内研究人员在《Materials Today Chemistry》发表创新研究，通过微波辅助热解法合成氮掺杂碳量子点(CDs)，并以其为"荧光活化胶水"构建CD-CuO₂
纳米杂化体。该体系在模拟血液环境(含10μM GSH和6μg/mL VC)中保持稳定且荧光淬灭，而在肿瘤微环境中可响应性释放Cu²⁺
、H₂
O₂
和荧光CDs，实现"三位一体"治疗：Cu²⁺
经GSH还原为Cu⁺
催化芬顿反应，消耗GSH的同时上调H₂
O₂
水平；释放的CDs则实现细胞核定位的荧光成像。

关键技术包括：微波辅助合成CDs、动态光散射(DLS)表征粒径、X射线光电子能谱(XPS)分析元素价态、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定铜含量、细胞摄取实验验证内化效率等。使用HepG2肝癌细胞和L02正常肝细胞模型评估选择毒性。

Fabrication and characterization of CD-CuO₂
nanohybrids
研究发现CDs平均粒径2.8nm，通过Cu²⁺
配位和H₂
O₂
氧化一步法构建的纳米杂化体直径约150nm，铜含量达19.45%。XPS证实Cu²⁺
与CDs的羧基/氨基配位，这种相互作用在生理pH下稳定，而在酸性(pH 5.0)和高GSH(10mM)环境中解离。

TME-responsive disintegration and self-enhanced CDT
模拟TME实验显示，杂化体6小时内释放90% Cu²⁺
和H₂
O₂
，GSH消耗促使Cu⁺
持续生成。电子自旋共振(ESR)检测到显著增强的·OH信号，证实自增强效应。共聚焦显微镜观察到CDs荧光在溶酶体逃逸后定位于细胞核。

Biosafety and therapeutic evaluation
细胞实验显示杂化体被HepG2高效内化并原位分解，IC₅₀
为27μg/mL，而对L02细胞的IC₅₀
高达16mg/mL，选择性指数达592倍。流式细胞术证实该体系通过ROS爆发和GSH耗竭诱导肿瘤细胞凋亡。

这项研究开创性地利用CDs双重功能——既作为稳定剂又作为荧光报告分子，解决了CuO₂
递送稳定性和疗效监测的难题。其"智能"响应特性实现了：1）避免系统毒性；2）自供给H₂
O₂
和催化剂；3）实时可视化治疗过程。这种一体化设计为开发新一代肿瘤精准治疗剂提供了范式，尤其对肝癌等实体瘤治疗具有重要转化价值。研究展示的"荧光激活稳定化"策略，还可拓展至其他金属过氧化物系统的构建，为多功能纳米诊疗剂开发开辟新途径。