一种用于肿瘤治疗的高效氧化还原纳米酶及其制备方法与流程

1.本发明属于纳米材料制备和生物医学领域，具体涉及一种用于肿瘤治疗的高效氧化还原纳米酶及其制备方法。


背景技术：

2.越来越多的注意力聚焦于具有酶模拟特性的纳米酶工程纳米材料，因为它们可以为在生物学系统中开展更先进的肿瘤特异性治疗策略提供一个新的平台，特别是包含氧化还原活性的金属纳米酶，称为氧化还原纳米酶。因其固有的氧化还原特性能够原位触发催化反应，并打破相对脆弱的肿瘤稳态而受到高度追捧。然而，开发用于癌症治疗的高效氧化还原纳米酶，尤其是那些与天然酶相似的酶仍然是一个巨大的挑战。
3.缺乏催化活性中心是氧化还原纳米酶面临的最大障碍。目前研究主要是将催化活性生物大分子肽、适体、抗体等引入纳米酶框架以赋予它们底物结合功能，或者操纵纳米酶内部的金属中心和周围的原子构型，从而产生基础催化活性位点。尽管如此，问题在于复杂的设计和合成过程限制了它们的潜力。更重要的是，这些方法过度集中于参与催化的单一活性部分，而在很大程度上忽略了天然酶中不同活性部分之间的协同作用机制。天然酶所实现的优异功能和活性与内部活性位点之间的合作密切相关，天然酶两个关键组成部分底物结合区域和催化位点，即使它们在一级结构中可能相距甚远，依然可以通过肽链折叠和缠绕形成空间构象，并在活性中心共同发挥作用。因此，实现真正的氧化还原酶模拟物的关键步骤是在固定的空间中设计伴随的结合区域和协同催化位点，而目前还没有相关的纳米酶设计。
4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术存在的挑战，本发明实施例的目的在于提供一种用于肿瘤治疗的高效氧化还原纳米酶及其制备方法，该纳米酶设计策略通过缺陷工程合理有效地整合关键活性部分，整合结合区域和协同催化位点，进而实现高效氧化还原反应用于癌症治疗。
6.(二)技术方案
7.为了实现上述目的，本发明主要采用如下技术方案，
8.本发明首先公开了通过缺陷工程开发了一种新型氧化还原纳米酶fe-wov，其特点在于：所述纳米材料为wox纳米粒子，其中部分被fe取代形成fe-wov纳米酶。其制备方法包括如下步骤：
9.第一步：将单宁酸(ta)、na2wo4·
7h2o和fecl3溶解在35ml的蒸馏水。剧烈搅拌20～60分钟，基于金属离子与单宁酸(ta)邻苯二酚基团的强相互作用，金属离子和单宁酸在水溶液中的自组装形成w/fe-ta络合物；
10.优选的，所述的加入ta的质量为0.6g
11.优选的，所述的加入na2wo4的质量为0.43g
12.优选的，所述的加入fecl3的质量为0.79g
13.第二步：将混合溶液转移到放入50ml聚四氟乙烯高压釜中，并在120～200℃下反
应5～20小时。通过水热过程中有机配体氧化自聚合，利用金属多酚配位策略，水热处理金属-单宁酸配合物合成fe-wov纳米结构。，最后，收集产物，用蒸馏水洗涤3次。
14.wox nps是用上述合成方法获得，不添加fecl3。
15.本发明还进一步公开了上述新型氧化还原纳米酶fe-wov纳米材料的应用，即可通过模拟酶的级联反应诱导肿瘤区域氧化还原和代谢稳态的实质性破坏，从而显着增强肿瘤治疗效果。
16.(三)有益的技术效果
17.相对于现有技术，本发明具有以下优点：
18.1.本发明通过缺陷工程开发了一种新型氧化还原纳米酶fe-wov。wox(fe-wov)中的fe掺杂能够同时诱导大量的fe取代和氧空位(ov)缺陷形成，同时，这些有缺陷的位点相互配合并发挥在大多数天然酶中观察到的结合和催化功能，进而显著增强fe-wov纳米酶的结合能力和催化活性。
19.2.本发明所制备的新型氧化还原纳米酶fe-wov在nir-ii激光照射下，可通过类酶级联反应诱导肿瘤区域内的氧化还原和代谢稳态发生实质性的破坏，从而显著提高肿瘤治疗效果。
附图说明
20.图1.fe-wov纳米酶的透射电子显微镜(tem)形貌图
21.图2.fe-wov纳米酶的粒径分布图
22.图3.过氧化氢分解性能图
23.图4.谷胱甘肽的消耗性能图
具体实施方式
24.实施例1
25.将0.6g ta、0.43g na2wo4·
7h2o和0.79g fecl3溶解在35ml的蒸馏水。剧烈搅拌30分钟，将混合溶液转移到放入50ml聚四氟乙烯高压釜中，并在160℃下反应10小时。最后，收集产物，用蒸馏水洗涤3次，合成得到fe-wov纳米酶。wox nps是用上述合成方法获得，不添加fecl3。使用透射电子显微镜(tem)检测fe-wov纳米酶结构的形貌，结果如图1所示，获得的fe-wov纳米酶由具有锐利边缘的玫瑰状二维纳米片组成，其平均直径约为96nm，与图2中动态光散射(dls)观察到的结果非常一致。
26.实施例2
27.采用硫酸钛(ti(so4)2)比色法检测过氧化氢分解性能。0.5毫升过氧化氢(2.5毫升mm)和0.5ml pbs、wox或者fe-wov纳米酶溶液混合30分钟s3级将混合溶液加入到ti(so4)2溶液中，混合1.33制备在50ml蒸馏水中加入24％ti(so4)2和8.33ml h2so4。十分钟加入过氧化氢后，通过测定其在室温405纳米下的吸光度来测定过氧化氢的浓度。通过重复添加2.5mm，验证了连续催化效果在溶液中添加过氧化氢。用同样的方法测定h2o2的残留量方法同上。过氧化氢分解性能检测结果如图3，结果表明加入fe-wov纳米酶溶液后，h2o2处理溶液中溶解氧浓度的升高明确地决定了其类cat酶活性很高。相反，在wox处理中观察到的活性可以忽略不计。
28.实施例3
29.谷胱甘肽(glutathione，gsh)是另一种重要的细胞内代谢物，能清除肿瘤细胞内的
·
oh，增强肿瘤细胞对氧化应激的抵抗力。当暴露于gsh时，大多数金属基催化剂会迅速中和，因此无疑会降低治疗指数。谷胱甘肽的消耗检测过程如下，dtnb溶液(3.0mg
·
ml-1
，100μl)和gsh溶液(1mm，200μl)加入fe-wov纳米酶溶液(20、40、60、80、100μg
·
ml-1
)中。之后在磁搅拌下将混合物保持在25℃、30分钟，并且通过在412nm处测量吸光度测定gsh的剩余量。背景溶液为fe-wov纳米酶溶液。谷胱甘肽的消耗检测结果如图4，结果表明fe-wov纳米酶具有良好的类氧化还原活性酶能力，能有效地消耗gsh，gsh的转化率达到80％，明显优于wox纳米酶，能更加高效的用于肿瘤治疗。


技术特征：
1.一种用于肿瘤治疗的高效氧化还原纳米酶，其特征在于：所述纳米材料为氧化钨(wox)纳米粒子，其中部分被铁取代形成铁氧化钨(fe-wov)纳米酶。2.一种权利要求1所述的纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：将单宁酸(ta)、na2wo4·
7h2o和fecl3溶解在35ml的蒸馏水。剧烈搅拌20～60分钟，基于金属离子与单宁酸(ta)邻苯二酚基团的强相互作用，金属离子和单宁酸在水溶液中的自组装形成w/fe-ta络合物。第二步：将混合溶液转移到放入50ml聚四氟乙烯高压釜中，并在120～200℃下反应5～20小时。通过水热过程中有机配体氧化自聚合，利用金属多酚配位策略，水热处理金属-单宁酸配合物合成fe-wov纳米结构。，最后，收集产物，用蒸馏水洗涤3次。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：加入ta的质量为0.6g，na2wo4的质量为0.43g，所述的加入fecl3的质量为0.79g。4.一种权利要求1所述的高效氧化还原纳米酶。5.一种权利要求5所述的高效氧化还原纳米酶的应用，其特征在于：fe-wov纳米酶能够模拟过氧化氢酶和氧化还原活性酶的级联反应，诱导肿瘤区域氧化还原和代谢稳态的实质性破坏，从而显着增强肿瘤治疗效果。

技术总结
本发明公开了一种用于肿瘤治疗的高效氧化还原纳米酶及其制备方法。本发明利用缺陷工程策略通过构建酶模拟活性中心来开发简单而有效的氧化还原纳米酶，将氧化钨中的部分以铁取代形成铁氧化钨，该过程可以激活结构重建并产生大量缺陷位点，包括铁取代和氧空位缺陷，这显着提高了结合能力和催化活性。在近红外激光照射下，设计的铁氧化钨纳米酶能够模拟过氧化氢酶和氧化还原活性酶的级联反应，诱导肿瘤区域氧化还原和代谢稳态的实质性破坏，从而显着增强肿瘤治疗效果。本发明为开发治疗肿瘤的高效氧化还原纳米酶提供了新的方法。高效氧化还原纳米酶提供了新的方法。高效氧化还原纳米酶提供了新的方法。


技术研发人员：徐铸巍 应刚
受保护的技术使用者：深圳市优色生物科技有限公司
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/7/21