如何在肿瘤微环境(TME)中有效激活H₂O₂，进而提高治疗效果，是目前肿瘤化学动力学治疗的一大挑战。

2023年4月21日，中南大学刘又年、邓留和华中师范大学朱成周在Nano Today（IF=19）在线发表了题为“Biomimetic Fe-Cu Dual-atomic-site catalysts enable efficient H₂O₂ activation for tumor lymphatic metastasis inhibition”的研究论文，该研究受天然酶的启发，在空心氮掺杂碳纳米球(FeCuNC)上合成了具有Fe-Cu杂双核活性位点的原子分散催化剂，作为癌症治疗的催化纳米药物。

该研究发现FeCuNC中Fe-Cu异双核位点比单铁位点更容易催化H₂O₂分子中的O-O键离解。此外，FeCuNC固有的光热效应不仅进一步加速H₂O₂分解，产生丰富的活性氧，还能实现化学动力治疗和光热治疗的协同作用，诱导癌细胞凋亡，抑制肿瘤生长。该研究显示FeCuNC能准确识别前哨淋巴结转移，有效抑制肿瘤转移和复发。该项工作将为设计先进的TME中H₂O₂活化催化剂提供一种先进的策略，具有很大的临床应用前景。

前哨淋巴结(SLN)被定义为肿瘤转移的第一站，是癌症死亡的主要原因。在系统性转移前进行准确的转移性SLN活检和清扫对对症治疗和预后具有重要意义。临床上常用的SLN转移鉴别技术包括SLN活检、计算机断层扫描、正电子发射断层扫描、磁共振成像、荧光成像等。然而，大多数技术都有一系列的缺点，如耗时的程序，手术侵入，成本考虑，或低空间分辨率和对比度，这可能会延迟后续治疗或导致第二次手术。此外，SLN通常沿大血管分布，这在手术中引起了一个困境。因此，迫切需要开发一种高灵敏度的无创诊断策略来识别和消融前哨淋巴结转移。

涉及活性氧(ROS)的生物医学治疗技术，包括新兴的化学动力治疗(CDT)、光动力治疗和声动力治疗，已被认为有效的抗SLN方法。一般来说，这些疗法都是通过H₂O₂催化产生细胞毒性ROS，对癌细胞进行不可逆氧化损伤的过程。细胞内有限的H₂O₂水平和肿瘤部位的弱酸性pH值对有效产生羟基自由基非常具有挑战性。尽管涉及纳米催化剂的动态治疗策略已经得到了广泛的研究，但它们的H₂O₂活化效率仍然是治疗过程中面临着一个主要障碍。

近年来，单原子位催化剂具有金属原子利用率高、金属-载体相互作用强、金属活性位点明确等优点，对H₂O₂表现出优异的催化活性。然而，孤立的金属位通常对H₂O₂表现为端上吸附构型，导致O-O键的高能量垒，不利于活性中间体的形成。在自然界中，一些具有双核金属位点的酶(如具有Fe-Cu异双核活性中心的细胞色素C氧化酶、具有Fe-Fe双核活性中心的甲烷单加氧酶、具有Cu-Cu双核活性中心的多酚氧化酶)由于其独特的几何和电子结构，可以加速O-O的裂解。

相邻的两个金属原子作为活性位点，可以通过双侧吸附各结合一个O原子，从而更有机会通过电子轨道的相互作用调控d带中心，进一步优化氧中间体的吸附/解吸。此外，碳纳米颗粒悬浮液是SLN活检在临床诊断中的重要纳米标签。由于其光热特性的有效性，碳材料在红外(IR)热成像和光热治疗(PTT)方面显示出巨大的潜力。因此，在碳纳米颗粒上修饰双原子位点有望成为有效激活H₂O₂的强大催化剂，从而促进转移性SLN的高精度诊断和消融。

FeCuNC的制备示意图（图源自Nano Today ）

该研究受天然酶的启发，开发了具有Fe-Cu异双核活性位点的FeCuNC作为功能催化纳米药物。FeCuNC对H₂O₂的最大反应速度是FeNC的7.66倍。此外，根据Arrhenius方程计算FeCuNC的活化能为16.49 kJ/mol，低于FeNC的29.63 kJ/mol，表明具有双金属位的FeCuNC可以显著降低H₂O₂活化的能垒。

理论研究表明，Fe-Cu异质双核位点对H₂O₂具有较高的解离吸附能，因此H₂O₂的O-O键在Fe-Cu异质双核位点上容易解离。此外，FeCuNC固有的光热效应也可以催化H₂O₂分解产生丰富的ROS，从而提高CDT。正如预期的那样，研究实验结果表明，FeCuNC具有协同CDT和光热消融的功能，能够促进癌细胞凋亡，抑制肿瘤生长。重要的是，FeCuNC可以准确识别SLN转移，达到有效抑制肿瘤转移和复发的目的。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013223001081