近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心王輝研究員團隊與新加坡南洋理工大學趙彥利教授團隊合作，依托穩態強磁場實驗裝置電子順磁共振譜儀，成功構建出一種新型海膽狀銅單原子納米酶，并揭示了海膽針刺長度與細胞內吞效率及相應腫瘤催化治療效果之間的構效關系，相關研究成果以Tuning the Needling Length of Copper Single-Atom Nanozyme for Enhanced Cellular Uptake and Chemodynamic Therapy為題，發表在國際期刊ACS Nano上。

該研究采用多巴胺和氯化銅為前驅體，利用課題組發展的有機分子碳化-自還原策略，一步合成出海膽狀銅單原子納米酶(UCCSE)，并通過精細調控表面針刺長度進而優化其催化性能。在腫瘤微環境中，UCCSE同時展現出類過氧化物酶與類谷胱甘肽過氧化物酶活性：一方面催化內源性H₂O₂持續產生高活性的羥基自由基(?OH)，另一方面消耗細胞內還原性谷胱甘肽，抑制?OH被清除，從而放大氧化應激效應,提升化學動力學治療效果。研究團隊結合電子順磁共振測量、米氏動力學分析及理論計算等多種手段進一步證實了UCCSE的高類芬頓催化效率源自高度分散的CuN₄單原子活性位點。

更重要的是，合作團隊還系統研究了海膽針刺長度與細胞內吞行為之間的構效關系。依托活細胞成像工作站及細胞內銅含量測定等技術，研究者發現UCCSE通過內吞途徑被細胞攝取，其在相同時間內的胞內聚集量及相應的腫瘤細胞殺傷能力均隨針刺長度增加而顯著提升，充分證明了針刺形貌能夠顯著增強納米酶的內吞效率和腫瘤細胞攝取能力。該結果從創新的微觀形貌調控視角，為進一步提升單原子納米酶的腫瘤化學動力學治療性能提供了新思路。

實驗結果表明，UCCSE在細胞水平和動物實驗中均展現出了優異的抗腫瘤效果。不同針刺長度的UCCSE在體內治療表現上存在顯著差異：長針刺結構在血液中具有更長的循環時間和更高的腫瘤富集能力，顯示出最強的腫瘤生長抑制作用，同時未對小鼠主要臟器和組織造成明顯不良影響，表現出良好的生物安全性。

該項研究獲得了國家重點研發計劃、安徽省杰出青年科學基金、合肥物質院拔尖人才培育計劃、強磁場安徽省實驗室方向基金、安徽省博士后科學基金等項目的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16218

圖 1. UCCSE的合成及腫瘤催化治療示意圖