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癌細(xì)胞的惡性生長(zhǎng)和增殖會(huì)引起機(jī)體內(nèi)葡萄糖代謝的紊亂，因此精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)葡萄糖水平在癌癥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和治療中起著關(guān)鍵作用。近年來，基于葡萄糖氧化酶（GOx）的生物傳感平臺(tái)憑借其極高的催化活性和特異性，在葡萄糖分析檢測(cè)方面取得了很大進(jìn)展。然而，較高含量的H₂O₂、微酸性及乏氧等復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境勢(shì)必會(huì)干擾催化反應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)輸出不準(zhǔn)確。因此，迫切需要開發(fā)智能反應(yīng)器來保護(hù)酶并消除干擾，從而實(shí)現(xiàn)活體內(nèi)代謝物的精準(zhǔn)分析。

受程序化分隔細(xì)胞器的啟發(fā)，華中師范大學(xué)朱成周教授課題組報(bào)道了一種多功能人工細(xì)胞器，它具有兩個(gè)分隔的“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”和“保護(hù)”室，可以抵御各種干擾物的影響，實(shí)現(xiàn)腫瘤內(nèi)葡萄糖的準(zhǔn)確檢測(cè)。雙酶級(jí)聯(lián)催化系統(tǒng)（GOx-辣根過氧化物酶，HRP）首先被原位包覆于金屬有機(jī)框架（ZIF-8）中形成內(nèi)部核心（GOx-HRP@ZIF-8）。過氧化氫酶（CAT）導(dǎo)向的氫鍵有機(jī)框架生長(zhǎng)于表面構(gòu)成穩(wěn)定的外殼（CAT@HOF），用于保護(hù)內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)化。

酸消化的核以及穩(wěn)定的殼為提高生物催化效率提供了合適的納米空間結(jié)構(gòu)。外源性H₂O₂可以被CAT直接降解，從而克服其對(duì)葡萄糖信號(hào)傳導(dǎo)的干擾。同時(shí)，該人工細(xì)胞器具有良好的耐受性可以抵御各種極端環(huán)境的干擾。

值得注意的是，H₂O₂分解產(chǎn)生的O₂可以進(jìn)一步緩解乏氧狀態(tài)，促進(jìn)葡萄糖的催化轉(zhuǎn)化。

得益于其優(yōu)異的保護(hù)作用和生物相容性，人工細(xì)胞器通過校正信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)外葡萄糖精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在了解腫瘤代謝和癌癥診療方面具有很大的前景。

本工作的最大亮點(diǎn)是開發(fā)了多功能人工細(xì)胞反應(yīng)器克服腫瘤內(nèi)各種微環(huán)境的干擾，實(shí)現(xiàn)腫瘤內(nèi)葡萄糖的精準(zhǔn)分析。

論文信息

Metal–Organic Framework-Based Artificial Organelle Corrects Microenvironment Interference for Accurate Intratumoral Glucose Analysis

Weiqing Xu,?Yu Wu,?Yuling Xu,?Dr. Xiaoli Cai,?Prof. Wenling Gu,?Prof. Chengzhou Zhu

文章的第一作者是華中師范大學(xué)博士研究生許維慶和吳俁

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202308827

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