西工大新闻网3月4日电（杨迎春）恶性肿瘤（癌症）已经成为严重威胁中国人群健康的主要公共卫生问题之一，目前临床治疗手段包括手术、化疗、放疗、免疫疗法等。癌症的“铁疗法”，即通过铁基纳米材料调控肿瘤微环境中的铁离子含量及活性氧ROS水平从而达到氧化杀伤癌细胞的目的，目前是癌症治疗的前沿研究方向。但目前已研究的材料和途径无法控制在肿瘤部位释放出的铁离子的量，特别是与活性氧生成密切相关的亚铁离子。而且常规铁基纳米材料（如，氧化铁等）并不是在生物体内天然存在的物质，存在不同程度的生物毒性及安全性问题。

为解决这些问题，受生物体铁蛋白中天然存在的生物铁矿物质-水铁矿（ferrihydrite）的启发，张连兵教授课题组合成了与天然细胞水铁矿具有相似溶解状态的单分散、小粒径水铁矿纳米颗粒（PEG-Fns，直径约20 nm），并首次将其光诱导亚铁离子释放特性应用于癌症治疗领域。

图1.（a）水铁矿纳米颗粒的透射电镜图；（b）小鼠肿瘤治疗过程；水铁矿-蓝光系统（c）杀伤肿瘤和（d）抑制肿瘤转移的效果。

合成的PEG-Fns拥有良好的生物相容性和较高的细胞吸收效率，被细胞吸收或进入体内后，即便在高浓度时也无明显的细胞和脏器毒性。该研究发现PEG-Fns具有特异的可见蓝光触发的Fe2+释放性质，大量亚铁离子可通过芬顿反应在癌细胞内产生过量的活性氧（ROS），进而诱发癌细胞内不可逆的DNA氧化损伤断裂和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）抑制，从而导致癌细胞出现细胞凋亡和铁死亡依赖的细胞增殖抑制。进一步该研究团队还发现，在氧化杀伤癌细胞的同时，该水铁矿-蓝光系统可以激活小鼠体内的抗肿瘤免疫反应，诱发肿瘤部位巨噬细胞（TAM）由促肿瘤的M2型极化为抗肿瘤的M1型，达到对癌组织的协同抑制。恶性肿瘤不仅仅在原发部位造成损伤，肿瘤的转移往往是肿瘤治疗失败的主要原因。该研究发现，经过尾静脉注射PEG-Fns后，该治疗系统还能有效抑制小鼠肿瘤的肺转移（图1）。

图2. 结合化学动力、光动力和免疫激活疗法，蓝光触发的Fe2+释放用于癌症铁治疗

该研究所展示的基于生物铁矿物质-水铁矿的光控癌症治疗方法，可以实现在癌组织部位原位可控的Fe2+释放。研究充分挖掘了Fe2+在化学动力学、光动力学和免疫激活癌症治疗中的协同效应。发明了一种低毒、有效的氧化杀伤和免疫治疗相结合的新型癌症“铁疗法”（图2）。研究成果以Blue Light-Triggered Fe2+-Release from Monodispersed Ferrihydrite Nanoparticles for Cancer Iron Therapy为题在线发表于生物材料领域顶级期刊Biomaterials上（DOI：10.1016/j.biomaterials.2021.120739， IF：10.317）。该研究工作是以西北工业大学生命学院为第一完成单位和通讯单位，博士研究生杨迎春、田庆为该论文的共同第一作者，张连兵教授是该论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后面上项目和陕西省自然科学基金等科研项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120739

（审稿：杨慧）