Lattice expansion in ruthenium nanozymes improves catalytic activity and electro-responsiveness for boosting cancer therapy

催化作用 纳米技术 癌症治疗 级联 材料科学 肿瘤微环境 化学 癌症研究 癌症 生物 医学 肿瘤细胞 内科学 生物化学 色谱法
作者
Songjing Zhong,Zeyu Zhang,Qinyu Zhao,Zhaoyang Yue,Cheng Xiong,Genglin Chen,Wei Wang,Linlin Li
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-52277-7
摘要

Nanozymes have been attracting widespread interest for the past decade, especially in the field of cancer therapy, due to their intrinsic catalytic activities, strong stability, and ease of synthesis. However, enhancing their catalytic activity in the tumor microenvironment (TME) remains a major challenge. Herein, we manipulate catalytic activities of Ru nanozymes via modulating lattice spacing in Ru nanocrystals supported on nitrogen-doped carbon support, to achieve improvement in multiple enzyme-like activities that can form cascade catalytic reactions to boost cancer cell killing. In addition, the lattice expansion in Ru nanocrystals improve the responsiveness of the nanozymes to self-powered electric field, achieving maximized cancer therapeutic outcome. Under the electrical stimulation provided by a human self-propelled triboelectric device, the Ru-based nanozyme (Ru1000) with a lattice expansion of 5.99% realizes optimal catalytic performance and cancer therapeutic outcome of breast cancer in female tumor-bearing mice. Through theoretical calculations, we uncover that the lattice expansion and electrical stimulation promote the catalytic reaction, simultaneously, by reducing the electron density and shifting the d-band center of Ru active sites. This work provides opportunities for improving the development of nanozymes.
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