Efficient Cytosolic Delivery of Single-Chain Polymeric Artificial Enzymes for Intracellular Catalysis and Chemo-Dynamic Therapy

化学 体内 生物物理学 胞浆 合理设计 纳米技术 生物化学 组合化学 材料科学 生物技术 生物
作者
Di Zheng,Jing Tao,Liping Jiang,Xinyue Zhang,Huibin He,Xiaoxue Shen,Yutao Sang,Yunen Liu,Zhenzhong Yang,Zhihong Nie
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c14264
摘要

Designing artificial enzymes for in vivo catalysis presents a great challenge due to biomacromolecule contamination, poor biodistribution, and insufficient substrate interaction. Herein, we developed single-chain polymeric nanoparticles with Cu/N-heterocyclic carbene active sites (SCNP-Cu) to function as peroxidase mimics for in vivo catalysis and chemo-dynamic therapy (CDT). Compared with the enzyme mimics based on unfolded linear polymer scaffold and multichain cross-linked scaffold, SCNP-Cu exhibits improved tumor accumulation and CDT efficiency both in vitro and in vivo. Protein-like size of the SCNP scaffold promotes passive diffusion, whereas positive surface charge allows its active transcytosis for deep tumor penetration and hence accumulation in the tumor site. The submolecular compartments of the SCNP scaffold effectively protect the active sites from protein bindings, thereby providing a "cleaner" microenvironment for catalysis within a living system. The folded structure of SCNP-Cu facilitates their cytosolic delivery of and free diffusion within cytosol, ensuring efficient contact with endogenous H2O2, in situ generation of toxic hydroxyl radicals (·OH), and effective damage of intracellular targets (i.e., lipids, nucleic acids). This work establishes versatile SCNP-based nanoplatforms for developing artificial enzymes for in vivo catalysis.

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