Photothermally Reinforced Nanozyme Remodeling Tumor Microenvironment of Redox and Metabolic Homeostasis to Enhance Ferroptosis in Tumor Therapy

肿瘤微环境 平衡 氧化还原 细胞生物学 化学 癌症研究 肿瘤细胞 生物物理学 生物 纳米技术 材料科学 有机化学
作者
Shuheng Qin,Huiyue Zhao,Xingyu Luo,Fei Wang,Jun Liu,Yin Ding,Yong Hu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (46): 32235-32254 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c13087
摘要

The acidity and high GSH level in the tumor microenvironment (TME) greatly limit the antitumor activity of nanozymes. Thus, enhancing nanozymes’ activity is fundamentally challenging in tumor therapy. Although the combination of photothermal therapy (PTT) and nanozymes can enhance the catalytic activity, cancer cells will overexpress heat shock proteins (HSPs) at high temperature, aggravating the heat resistance of tumor cells, which in turn compromises the outcome of chemodynamic therapy. Herein, we propose an iron-doped metal–organic framework nanozyme (IB@Fe-ZIF8@PDFA) that can be activated under the weak acidity and high level of GSH, demonstrating the activities of GSH oxidation (GSH-OXD), peroxidase (POD), and NADH oxidase (NADH-OXD). Under laser irradiation, it displays photothermal-enhanced multienzyme activities to simultaneously eliminate tumors and inhibit tumor metastasis. While consuming endogenous GSH, IB@Fe-ZIF8@PDFA promotes the decomposition of H 2 O 2 into ·OH, enhancing ferroptosis in tumor cells. Surprisingly, IB@Fe-ZIF8@PDFA nanozyme can oxide NADH and subsequently limit the ATP supply, reducing the expression of HSPs and significantly weakening the heat resistance of tumor cells during PTT. Meanwhile, H 2 O 2 is generated during this procedure, which can endogenously replenish the consumed H 2 O 2 . Thus, this IB@Fe-ZIF8@PDFA nanozyme constitutes a self-cascading platform to consume GSH and NADH, endogenously replenish the H 2 O 2 and continuously generate ·OH to facilitate ferroptosis by disrupting the redox and metabolic homeostasis in tumor cells, achieving tumor elimination and tumor metastasis inhibition.
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