Coupling doping and localized surface plasmon resonance toward acidic pH-preferential catalase-like nanozyme for oxygen-dominated synergistic cancer therapy

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作者
Yuqing Rao,Guopeng Xu,Zhihua Zhang,Weijie Wang,Chengmei Zhang,Mingwen Zhao,Yuanyuan Qu,Weifeng Li,Min Ji,Yanguo Liu,Yongqiang Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:465: 142961-142961 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142961
摘要

Hypoxia increases patient treatment resistance and favors cancer progression. Nanozymes have received unprecedented attention in alleviating hypoxia via catalase (CAT)-mimicking catalytic reaction. However, the oxygen production capability of CAT-like nanozymes undergoes the deficiency and even absolute loss in acidic tumor microenvironment. Herein, we propose a doping-localized surface plasmon resonance (LSPR) coupling strategy to shatter the acidic pH limitation and reinforce the catalytic activity of CAT-like nanozyme for oxygen-dominated synergistic cancer therapy. Platinum-doped plasmonic gold nanostar modified with glucose oxidase (Pt-AuNS-GOx) is constructed as a proof-of-concept. Density functional theory calculations reveal the *O-assisted and *OH-assisted CAT-like reaction paths in Pt-AuNS-GOx, and demonstrate that Pt doping-induced energy barrier reduction accounts for the oxygen generation in acidity. Furthermore, the CAT-like reaction kinetics of Pt-AuNS-GOx can be significantly enhanced upon plasmon irradiation resulted from the excited hot electrons and local heating accompanied with LSPR decay. Such outstanding acidic pH-preferential oxygen generation capability of Pt-AuNS-GOx significantly boosts the efficiency of synergistic tumor aerobic therapeutics of glutathione oxidation-medicated oxidative stress and GOx-activated starvation in vitro. Remarkably, Pt-AuNS-GOx substantially reverses the hypoxic microenvironment of tumor tissue, and enables greatly accelerated apoptosis and suppressed metastasis of cancer in vivo, possessing conspicuous therapeutic efficiency. The proposed doping-LSPR coupling strategy offers a powerful modality to modulate the restricted reaction pH of CAT-like nanozymes, and provides a paradigm shift for hypoxia alleviation-boosted cancer synergistic treatment.
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