肿瘤化学动力学疗法系列重要进展

化学动力学疗法（Chemodynamic Therapy，CDT），是一类基于肿瘤内源性化学产物转化反应的新型肿瘤治疗技术，2016年提出后即引起了国际学术界的广泛关注（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2101）。与传统的肿瘤治疗技术不同，化学动力学疗法是利用肿瘤微环境激活芬顿反应（类芬顿反应），产生强氧化性的羟基自由基，用于肿瘤特异性治疗，充分体现了芬顿化学与肿瘤医学的交叉融合。近几年来，步文博教授团队在这一领域取得了系列重要进展，分别从材料设计角度（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2101-2106; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (2), 849-857）、肿瘤区微环境调控角度（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 22537–22543; Adv. Mater., 2020, 32 (4), 1904011）和外源能量场调控角度（Advanced Materials, 2017, 29, 1701683; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202100864; Advanced Materials, 2021, DOI: 10.1002/adma.202100472），系统发展和优化了CDT肿瘤高效治疗。

近期，复旦大学材料科学系步文博团队受美国化学会权威综述期刊Chemical Reviews 邀请，发表了题目为“Biomedicine Meets Fenton Chemistry” 的封面综述论文，从芬顿化学与生物医学相结合的独特角度，系统介绍了芬顿化学的基本原理，并以此为基础，系统性评述了化学动力学疗法的研究现状、存在问题和发展趋势。

目前，芬顿化学的发展方向主要包括：调节催化剂的形貌和界面性质；合成单原子催化剂；在催化剂中构建双反应中心；利用电子提高芬顿/类芬顿反应效率（利用富电子材料或者利用光照产生电子）；原位产生底物过氧化氢以及引入能量场作为辅助等。在芬顿化学的指导下，化学动力学疗法在肿瘤治疗领域得到了快速发展。目前，化学动力学治疗领域的进展主要包括以下几个方面：（1）设计、合成多种不同类型的功能材料（过渡金属纳米材料、金属有机纳米材料、单原子纳米材料、富电子纳米材料），提升诊疗剂本征芬顿反应活性，用于肿瘤高效治疗；（2）原位调节肿瘤区微环境状态，如下调pH或产生过氧化氢，用于提高羟自由基产率；（3）原位消耗肿瘤区还原性物质，削弱肿瘤对活性氧物种的防御能力；（4）利用外加物理能量场，提高芬顿催化效率（包括光照、温度、超声场、X射线、磁场等）；（5）利用化学场，调节肿瘤内生物活性物质，辅助提高化学动力学总体治疗效果（包括气体分子、调节肿瘤微环境的营养、免疫系统等）。

图1. 化学动力学疗法：芬顿化学与肿瘤医学的结合

近五年来，这一领域得到了快速发展，但在临床转化过程中仍存在着挑战。例如，纳米材料的批量化可重复合成、纳米材料的生物安全性、纳米材料的治疗效果评估标准和更深层次的生物学原理等一系列挑战，仍然需要多学科的科研人员共同协作努力解决。基于此，该综述论文在针对化学动力学疗法临床转化过程中遇到的挑战做出了展望：引入微流控技术，提高纳米材料的均一性和产量；利用类器官技术，研究纳米材料的生物安全性及治疗效果；利用细胞膜包裹技术，提高纳米材料的生物安全性；调节肿瘤的代谢，提高治疗效果；结合自由基聚合技术，进一步探索新型功能材料等。

该综述不仅全面总结了肿瘤化学动力学疗法领域的最新研究成果，揭示了该研究领域的发展趋势；同时，也为自然科学领域中的多学科交叉融合树立了一个典范，必将启发和促进材料、化学、物理、生物和医学等多学科的深度融合。

Biomedicine meets Fenton chemistry

Zhongmin Tang, Peiran Zhao, Han Wang, Yanyan Liu*, Wenbo Bu*

Chem. Rev., 2021, 121, 1981–2019, DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00977