Adv. Mater.：磁场诱导电子涡流效应用于高效化学动力学疗法

众所周知，电子转移在多数化学反应中起到至关重要的关键作用。在催化反应中，通过调控催化剂中电子局域分布状态，提高催化活性中心的电荷密度，是提升催化反应活性的有效途径之一。近年来，越来越多的科研人员把催化化学引入生命科学领域，将细胞作为执行化学反应的反应器，从调控电子行为的角度出发，在细胞内引发或抑制某些特定的生化反应，进行疾病的治疗。因此，通过引发特定的催化反应实现对细胞特定功能或表型的精准诱导，也许可以为疾病的精准高效治疗等带来无限可能。比如，利用特定催化反应将无限增殖的恶性肿瘤细胞诱导进入周期停滞的衰老状态，将有可能显著降低肿瘤对后续治疗的抵抗能力，从而实现高效的肿瘤治疗。然而，催化剂的活性仍是制约该方向研究进展的瓶颈问题。因此，如何从催化活性中心电荷密度调控的角度出发，设计合成在肿瘤细胞内具备高催化反应活性的特异性催化剂，依然面临着巨大挑战。

近日，复旦大学材料科学系的步文博教授（点击查看介绍）团队在Advanced Materials 上发表研究论文，首次从交变磁场诱导电子涡流效应的角度，提出了磁电增强肿瘤细胞内催化反应的创新策略，通过诱导肿瘤细胞衰老，显著提升了肿瘤化学动力学疗法的疗效。研究人员设计合成了双面神（Janus）结构的FePt-FeC异质结纳米颗粒作为催化剂，这类由FePt磁性合金和FeC磁性金属间化合物组成的新型异质结，兼具良好的磁性和导电性；在交变磁场下，因电磁感应使其内部产生电涡流效应，将磁能转化为电能；有限元仿真模拟表明，在异质结的界面处产生了明显的电荷聚集现象。催化活性中心电荷密度的显著提升，使其获得了更高的催化反应活性。DSPE-PEG-TPP修饰后的FePt-FeC异质结可以精准靶向肿瘤细胞线粒体，在交变磁场下实现了对线粒体电子传递链中关键辅酶NAD⁺的高效催化加氢反应。肿瘤细胞内NAD⁺含量的大幅降低，诱发肿瘤细胞进入衰老状态，显著降低了肿瘤对ROS的抵抗力。同时，异质结在交变磁场下显著提升的芬顿反应催化活性，产生了更多的羟基自由基，进一步将衰老的肿瘤细胞彻底杀灭。该研究通过诱发肿瘤细胞衰老与化学动力学疗法的协同，在细胞水平和活体水平均实现了高效的肿瘤治疗。

本研究提出的基于磁电涡流效应的催化增强策略，不但为生物安全的交变磁场应用于肿瘤治疗领域开辟了新的途径，同时也为交变磁场应用于神经调控、能源催化、环境科学等领域提供了借鉴性研究思路。

这一成果得到了编辑和审稿专家的一致认可，并推荐快速发表于Advanced Materials 上，华东师范大学博士研究生张会林为该论文第一作者，步文博教授为该论文通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Magneto-Electrically Enhanced Intracellular Catalysis of FePt-FeC Heterostructures for Chemodynamic Therapy

Huilin Zhang, Jinjin Li, Yang Chen, Jiyue Wu, Kun Wang, Lijie Chen, Ya Wang, Xingwu Jiang, Yanyan Liu, Yelin Wu, Dayong Jin, and Wenbo Bu*

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202100472

导师介绍

步文博

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