Hierarchically Micro-, Meso-, and Macro-Porous MOF Nanosystems for Localized Cross-Scale Dual-Biomolecule Loading and Guest-Carrier Cooperative Anticancer Therapy

纳米技术 材料科学 生物分子 对偶(语法数字) 纳米尺度 金属有机骨架 纳米颗粒 化学 吸附 计算机科学 有机化学 艺术 文学类 程序设计语言
作者
Qiaomei Ke,Ke Jiang,Hong Li,Ling Zhang,Banglin Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (33): 21911-21924 被引量:56
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c02288
摘要

Mass transfer of bulky molecules, e.g., bioenzymes, particularly for cross-scale multibiomolecules, imposes serious challenges for microporous metal-organic frameworks (MOFs). Here, we create a hierarchically porous MOF heterostructure featuring highly region-ordered micro-, meso-, and macro-pores by growing a microporous ZIF-8 shell onto a hollow Prussian blue core through an epitaxial growth strategy. This allows for localized loading of large bioenzyme glucose oxidase (GOx) and small drug 5-fluorouracil (5-FU) within specific pores simultaneously and triggers unique guest-carrier cooperative anticancer capabilities. The stable ZIF-8 outer layer effectively blocks the core pores, preventing the undesired leakage of GOx into normal tissues. The acidity-induced ZIF-8 degradation gradually releases Zn2+ and loaded 5-FU for chemotherapy under acidic tumor microenvironments. With the loss of the shielding effect of the ZIF-8 coating, the released GOx depletes intratumoral glucose (Glu) for starvation therapy. Notably, an accelerated cascade reaction occurs between ZIF-8 decomposition and GOx release, facilitated by the modulator factor of Glu. This culminates in the realization of synergistic cancer therapy, as comprehensively demonstrated by in vitro and in vivo experiments, as well as transcriptome sequencing analyses. Our work not only introduces a hierarchically porous MOF heterostructure with highly region-ordered pores but also provides a perspective for guest-carrier cooperative anticancer therapy.
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