清华大学梁琼麟教授团队Adv. Mater.: 超小尺寸高熵合金纳米粒子作为高效纳米酶增强肿瘤光热治疗效果

导语

“纳米酶学”促进了纳米科学与医学的交融发展，作为前沿交叉研究方向在医学、药学、化学和生物学等领域具有广阔前景。高熵合金是由五种或更多等量或近似等量的金属形成的合金。高熵合金中多种组成元素的相互作用有助于形成稳定的单相固溶体结构，能调整合金材料的电子和几何结构，以实现优异的催化性能。构筑超小尺寸的高熵合金并研究其类酶催化活性的相关研究还未见报道。

清华大学梁琼麟教授课题组报道了一种超小尺寸的PtPdRuRhIr高熵纳米酶，并展示了增强肿瘤光热治疗的良好效果。基于醇醛缩合反应机制，通过简单且可扩展的金属-配体交联反应制备了该高熵纳米酶。合成的高熵纳米酶具有优异的类过氧化物酶活性，可高效催化内源性过氧化氢产生高细胞毒性的羟基自由基。此外，该高熵纳米酶还具有很好的光热转换效果，可将808纳米近红外光转换为热能。体内和体外实验表明，在类过氧化物酶性和光热作用的协同作用下，该高熵纳米酶可有效地诱导癌细胞死亡而实现治疗肿瘤的目标。该团队首次报道的超小尺寸高熵纳米酶展现了重要的生物医学应用前景，可能为纳米酶学研究开辟一个新方向。近日，相关研究成果以“Ultra-Small High-Entropy Alloy Nanoparticles: Efficient Nanozyme for Enhancing Tumor Photothermal Therapy”为题发表在《先进材料》期刊上（Adv. Mater. 2023, 35, 2302335）。

前沿科研成果

超小尺寸高熵合金纳米粒子作为高效纳米酶增强肿瘤光热治疗效果

清华大学梁琼麟教授课题组报道了一种超小尺寸的PtPdRuRhIr高熵纳米酶，并研究其治疗肿瘤的效果，分析评价高熵纳米酶的药理学和毒理学性质，探究高熵纳米酶在治疗肿瘤中的机制（图1）。

在前期工作的基础上（Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2110432. Small 2022, 18, 2105304；Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2103581；Adv. Funct. Mater. 2020. 30, 1904645；J. Mater. Chem. A. 2018, 6, 16680），创新团队首先通过金属-配体交联反应制备该高熵纳米酶，并深入探索了所合成纳米酶的理化性质。如图2所示，所制备的高熵纳米酶的平均尺寸为1.5 nm，组成该高熵纳米酶的Pt、Pd、Ru、Rh和Ir等5种金属元素均匀的分布在纳米合金中。此外，在研究过程中作者详细探究了高熵纳米酶的合成机制，研究表明该高熵纳米酶经过LaMer机制而形成。此外，该策略还成功应用于FeCoNiMoCu和FeCoNiMnZn等多种非贵金属高熵纳米酶的合成。以上结果表明，该方法具有通用、简单和可放大合成等特点。

在此基础上，作者探索了高熵纳米酶的酶活性。结果表明，该纳米酶具有优异的类过氧化酶活性。此外，纳米酶具有很好的光热转化效果，在808 nm激光照射下含纳米酶的溶液温度快速升高到50℃。

团队基于密度泛函理论，探索了高熵纳米酶的催化活性及过程（图3）。结果表明，在该高熵纳米酶的催化过程中，H2O2首先被各元素吸附并被活化为H2O2*，之后H2O2*的O=O键断裂生成*OH，并最终从高熵纳米酶的表面脱附而生成·OH。此外，在该高熵纳米酶中各元素的催化活力为Ru Ir Rh Pt Pd。

乳腺癌是困扰人类尤其是女性的一种高发性重大疾病。为此，团队探索了高熵纳米酶治疗乳腺癌的效果。体外实验结果表明，在类过氧化物酶活性和808 nm激光照射的共同作用下，该高熵纳米酶可有效地诱导肿瘤细胞死亡。

在体外抗肿瘤效果的鼓舞下，团队进一步研究了高熵纳米酶对肿瘤动物模型的治疗效果。实验结果表明，高熵纳米酶对肿瘤具有良好的治疗效果，在类过氧化物酶活性和808 nm激光照射的共同作用下，实验组动物模型的肿瘤消失，其肿瘤抑制率达100%（图4）。此外，通过对动物模型的心、肝、脾、肺、肾等组织进行组织病理学检查与分析，结果表明该高熵纳米酶没有明显的生物毒性，在生物医药领域具有一定的前景。

相关论文近期以“Ultra-Small High-Entropy Alloy Nanoparticles: Efficient Nanozyme for Enhancing Tumor Photothermal Therapy”为题发表在顶级期刊Advanced Materials上。该论文的第一作者为清华大学艾永建博士和何梦崎博士，通讯作者为清华大学梁琼麟教授。东北大学孙宏滨教授为该工作提供了帮助。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家博新计划和北京市科协青年人才托举工程等项目的资助。

梁琼麟课题组简介

以微流控芯片及其与质谱、光谱联用分析技术为基础，发展生命分析与药物分析新方法，开发生物医用新材料新器件，发明器官类器官芯片新模型，致力于服务国家药品质量与安全、新药创制以及中药现代化研究与开发。

近年来重点聚焦于器官类器官芯片、单细胞亚细胞分析及基于质谱的多组学分析等。曾主持完成国家重大科技专项第一个微流控芯片药物研发关键技术项目，在器官芯片核心关键技术及血管、肝、肾、肠等器官芯片模型研究方面取得重要进展。

已获得国内外发明专利30余项，发表SCI论文250余篇，部分研究成果已在制药企业、临床医院得到广泛应用，曾合作获得国家科技进步二等奖3项。

教授简介

艾永建，清华大学博士后，助理研究员。2021年6月博士毕业于清华大学化学系分析化学专业，师从梁琼麟教授。2021年7月-2022年2月受聘为南昌大学医学部副教授，2022年3月-至今为清华大学化学系博士后。研究方向为药物分析、纳米药物与微纳流控化学。主持国家博士后创新人才支持计划、北京市科协青年人才托举工程项目和中国博士后科学基金面上项目，作为骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目。

近5年来，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Nat. Protoc.、Small.、TrAC-Trend in Anal. Chem.、Lab. Chip.和Anal. Chem.等国际知名期刊发表SCI论文60余篇，以第一作者或通讯作者发表IF 10的论文16篇，论文被引1300余次, H因子21。申请发明专利11项，已授权9项。

梁琼麟，清华大学化学系长聘教授，清华大学中药现代化研究中心（国家中医药管理局中药化学三级实验室）主任。兼任中国医药生物技术协会药物分析技术分会秘书长，中国分析测试协会青年学术委员会副主任委员，中国中药协会大品种开发与培育专业委员会副主任委员，中国民族医药学会方药量效研究分会副会长兼秘书长，中国药理学会分析药理学常务理事，北京理化分析测试技术学会副理事长兼青委会理事长。还担任Chinese Medicine、《药物分析杂志》、《世界科学技术-中医药现代化》等期刊编委。

梁琼麟教授以微流控芯片及其与质谱、光谱联用分析技术为基础，发展生命分析与药物分析新方法，开发生物医用新材料新器件，发明器官类器官芯片新模型，致力于服务国家药品质量与安全、新药创制以及中药现代化研究与开发。曾主持完成国家重大科技专项第一个微流控芯片药物研发关键技术项目以及国家重点研发计划及国家自然科学基金项目等国家级项目/课题多项，在器官芯片核心关键技术和装备研制及血管、肝、肾、肠等器官芯片模型研究方面取得重要进展。

邀稿