深圳大学开发用于肿瘤催化治疗的多光谱三维光声成像技术

生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应，无论是内源酶或外源酶引发的活体催化反应，其过程都伴随着多种分子事件的动态变化，而通过分子影像手段对这些分子事件进行同步实时的监测，能够加深人们对这些生物学过程的理解。要实现这一目标，除了要有灵敏的成像技术，还需要稳定的酶促催化系统。

近日，深圳大学医学部生物医学工程学院黄鹏团队在 Nature 子刊 Nature Communications 上发表了题为：In vivo three-dimensional multispectral photoacoustic imaging of dual enzyme-driven cyclic cascade reaction for tumor catalytic therapy 的研究论文。

研究团队利用天然酶和纳米酶联姻，成功地构建了级联催化反应系统（PMNSG），该系统具体由天然酶（葡萄糖氧化酶，GOx）和纳米酶（二维钯钼纳米酶，PMNS）组成。该研究发展了多光谱三维光声（3D PA）成像技术，实现了活体级联催化反应中多分子事件的实时监测，为肿瘤催化治疗提供了精确指导。

该级联催化反应系统中，PMNS具有过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等模拟酶活性，可将细胞内过氧化氢（H2O2）分别催化生成氧气（O2）和高细胞毒性的羟基自由基（OH）。而GOx能有效催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和H2O2，可为上述纳米酶促反应提供反应物。因此，该级联催化系统可以高效地诱导内源性氧合血红蛋白（OxyHb）和脱氧血红蛋白（DeoxyHb）的PA信号变化。

同时，由于PMNS具有良好的光热转换性能，除了可以高效地增强上述级联酶促反应，还可以提供PA导航。基于此，该团队利用多光谱3D PA成像技术，实现了上述级联催化过程中动态分子事件的同步无创监测，并构建了内源性（OxyHb和DeoxyHb）和外源性（PMNS）分子之间的相关性，通过分析三者之间的关联，可深刻理解上述多分子事件的动态变化过程。

尤为重要地是，分析上述得到的关联性，可作为信息反馈用于精准指导肿瘤的催化治疗，从而大大地提高肿瘤治疗的疗效。该研究为活体催化过程中多分子事件的可视化提供了理论基础，有望为疾病的精准诊疗提供新的解决方案。

深圳大学雷珊博士后和张景硕士研究生为共同第一作者，黄鹏教授为通讯作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29082-1