随着纳米科学与生物技术的发展，科学家们认识到肿瘤细胞的生态微环境与正常细胞有较大差异，肿瘤微环境逐渐成为肿瘤选择性治疗的研究热点。中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林研究员、陈雨研究员带领的科研团队提出了“纳米催化医学”的新型肿瘤治疗策略，利用多元化、高选择性和高特异性的催化反应，实现安全、无毒药物在肿瘤区域微环境刺激下原位转化为有毒物质，从而选择性杀死肿瘤细胞而不对正常组织产生毒副作用。相关研究成果日前以“Tumor-selective catalytic nanomedicine by nanocatalyst delivery”为题发表在《自然-通讯》杂志。

癌症作为人类健康杀手，其发生率和死亡率一直居高不下，攻克癌症是亟待解决的难题。在目前癌症治疗策略中，化疗是最常用手段之一，但常规化疗使用的高毒性化疗药物作用于全身，造成强烈毒副作用，同时对病灶的药效大幅降低。毒副作用与多周期化疗给癌症病人带来更大痛苦，甚至成为主要死亡原因。因此，开发对肿瘤高毒性、高选择性、对正常组织安全无毒的治療策略尤为重要。

在这项工作中，研究团队合成了一种枝状介孔二氧化硅纳米粒子作为药物输运系统载体，依次负载超小四氧化三铁纳米粒子和葡萄糖氧化酶，构建可连锁催化作用的新型纳米催化剂。该纳米催化剂中的葡萄糖氧化酶是高活性有机酶，四氧化三铁纳米粒子是高效、高稳定性的Fenton反应催化剂。

施剑林告诉记者，该催化剂利用肿瘤细胞内旺盛的葡萄糖原料和微酸性代谢环境，连锁进行高效的生物酶催化反应和化学Fenton催化反应。在第一步生物酶催化反应中，葡萄糖氧化酶选择性催化肿瘤内的d-葡萄糖生成过氧化氢与葡萄糖内脂。过氧化氢作为下一步化学Fenton催化反应的反应物，在酸性条件下被四氧化三铁催化生成高毒性的活性氧物种——羟基自由基。高毒性的羟基自由基可诱导肿瘤细胞凋亡，实现杀死肿瘤细胞的同时不对正常组织和器官造成损害。体内动物实验结果显示，该纳米催化剂对健康小鼠在1个月内无不良影响，表明其具有良好的体内生物安全性。在荷瘤鼠的体内治疗毒性研究中发现，其对4T1乳腺癌肿瘤和U87脑胶质瘤肿瘤的抑制效率分别达64.67%和57.24%，表明该纳米催化剂具有较好的肿瘤杀伤和抑制能力。该项工作实现了安全无毒的纳米医学催化剂在肿瘤微环境刺激下原位生成有毒物质进而杀伤肿瘤，为未来肿瘤精准治疗提供了全新的纳米催化医学策略。

据悉，这项研究工作得到了国家重点研发计划“青年科学家”专项（纳米专项）、国家自然科学基金、中国化学会青年人才托举工程及中国科学院青年创新促进会等的资助和支持。