Mn-single-atom nano-multizyme enabled NIR-II photoacoustically monitored, photothermally enhanced ROS storm for combined cancer therapy

光热治疗 化学 活性氧 单线态氧 生物物理学 抗氧化剂 纳米技术 材料科学 生物化学 氧气 有机化学 生物
作者
Xiaozhe Wang,Xiaofeng Ren,Jie Yang,Zican Zhao,Xiaoyu Zhang,Fan Yang,Zheye Zhang,Peng Chen,Liping Li,Ruiping Zhang
出处
期刊:Biomaterials Research [Springer Nature]
卷期号:27 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1186/s40824-023-00464-w
摘要

To realize imaging-guided multi-modality cancer therapy with minimal side effects remains highly challenging.We devised a bioinspired hollow nitrogen-doped carbon sphere anchored with individually dispersed Mn atoms (Mn/N-HCN) via oxidation polymerization with triton micelle as a soft template, followed by carbonization and annealing. Enzyme kinetic analysis and optical properties were performed to evaluate the imaging-guided photothermally synergized nanocatalytic therapy.Simultaneously mimicking several natural enzymes, namely peroxidase (POD), catalase (CAT), oxidase (OXD), and glutathione peroxidase (GPx), this nano-multizyme is able to produce highly cytotoxic hydroxyl radical (•OH) and singlet oxygen (1O2) without external energy input through parallel and series catalytic reactions and suppress the upregulated antioxidant (glutathione) in tumor. Furthermore, NIR-II absorbing Mn/N-HCN permits photothermal therapy (PTT), enhancement of CAT activity, and photoacoustic (PA) imaging to monitor the accumulation kinetics of the nanozyme and catalytic process in situ. Both in vitro and in vivo experiments demonstrate that near-infrared-II (NIR-II) PA-imaging guided, photothermally enhanced and synergized nanocatalytic therapy is efficient to induce apoptosis of cancerous cells and eradicate tumor tissue.This study not only demonstrates a new method for effective cancer diagnosis and therapy but also provides new insights into designing multi-functional nanozymes.
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