Низкокоординированные нанозимы на основе атомарного марганца для терапии рака под контролем визуализации

Исследовательская группа под руководством профессора Ван Хуэй из Хэфэйского института физических наук (HFIPS) Китайской академии наук (CAS) совместно с коллегами разработала новый низкокоординированный нанозим на основе одиночных атомов марганца. Для этого была применена уникальная стратегия «молекулярной карбонизации-восстановления».

Проблема традиционных катализаторов

Обычные металл-азотные (M-Nx) катализаторы с одиночными атомами, как правило, имеют стабильную конфигурацию M-N4. Однако у таких структур ограниченное количество активных центров, и они склонны терять промежуточные продукты в ходе каталитических процессов из-за слабого связывания субстрата, что снижает общую эффективность катализа.

Новое решение

Ученые предложили новую стратегию, в которой тщательно подобранные молекулярные лиганды хелатируют атомы марганца. В результате были получены углеродные точки, допированные одиночными атомами марганца (SA Mn-CDs), с низкокоординированной конфигурацией Mn-N2.

Свойства нового материала

Полученные ультрамалые SA Mn-CDs обладают рядом ключевых характеристик:

  • Атомарно диспергированные центры марганца.
  • Отличная растворимость в воде и высокая биосовместимость.
  • Высокая пероксидазоподобная каталитическая активность, эффективно опосредующая реакции, подобные реакции Фентона (что подтверждено методом электронного парамагнитного резонанса, EPR).
  • Выраженная способность к флуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) как на клеточном, так и на животном уровне.

Значение работы

Разработанный материал позволяет проводить точную терапию опухолей под контролем визуализации. Исследование демонстрирует большой потенциал низкокоординированных нанозимов на основе марганца для NIR-направленной терапии рака и подчеркивает критическую важность атомарного структурного дизайна для развития каталитической терапии с использованием одиночных атомов в биомедицине.

Работа была выполнена с помощью измерений EPR на установке Steady-State Strong Magnetic Field Facility (SHMFF) и опубликована в журнале Advanced Science.