An Anaerobic Biomimetic Metal-Free AIE Polymersome Nanozyme as NADH Oxidase Mimic for Photocatalytic Tumor Suppression by Impairing Cancer Cell Energy Metabolism under Hypoxia

化学 NAD+激酶 癌细胞 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 生物物理学 氧化磷酸化 氧化酶试验 生物化学 癌症 酶 遗传学 生物
作者
Yandong Ma,Yakui Deng,Wei Xue,Xin Ji,Min‐Hui Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (30): 26557-26572 被引量:12
标识
DOI:10.1021/jacs.5c06533
摘要

The intracellular balance between nicotinamide adenine dinucleotide and its reduced form (NAD+/NADH) is essential for cell metabolism. The NAD+/NADH redox imbalance strategy using NADH-oxidase-mimic nanozymes has emerged as an attractive antitumor strategy. Here, we develop a photocatalytic metal-free nanozyme that is a polymer vesicle (polymersome) self-assembled from PEG-block-poly(amino acid) functionalized by photocatalytic moieties with aggregation-induced emission (AIE). To enhance biocompatibility and tumor-targetability, the vesicle is coated with a folate-modified red-blood-cell membrane (FA-RBC) to get biomimetic AIE polymersome nanozyme (BV). Unlike conventional photocatalysts, BV can achieve the cyclical photocatalytic process for NADH-NAD+ conversion without O2 or additional electron acceptors. A new mechanism is proposed in which adjacent excited triplet molecules in the AIE assembly play the role of electron acceptors for complete NADH-NAD+ conversion and catalyst turnover. This O2-independent photocatalysis is appealing in anticancer treatment since the tumor has a hypoxic microenvironment. In vitro and in vivo investigations demonstrate BV induces a severe NAD+/NADH imbalance under hypoxia to lead to inhibition of oxidative phosphorylation and glycolysis, which triggers the energy crisis in 4T1 cancer cells and in the 4T1 tumor of a subcutaneous xenograft model. This work presents a novel approach of cancer therapy through the photocatalytic impairment of tumor energy metabolism by metal-free nanozyme.
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