癌细胞的恶性生长和增殖会引起机体内葡萄糖代谢的紊乱，因此精准监测葡萄糖水平在癌症风险评估和治疗中起着关键作用。近年来，基于葡萄糖氧化酶（GOx）的生物传感平台凭借其极高的催化活性和特异性，在葡萄糖分析检测方面取得了很大进展。然而，较高含量的H2O2、微酸性及乏氧等复杂的肿瘤微环境势必会干扰催化反应，导致信号输出不准确。因此，迫切需要开发智能反应器来保护酶并消除干扰，从而实现活体内代谢物的精准分析。
近日，受程序化分隔细胞器的启发，华中师范大学朱成周教授课题组报道了一种多功能人工细胞器，它具有两个分隔的“信号转导”和“保护”室，可以抵御各种干扰物的影响，实现肿瘤内葡萄糖的准确检测。相关工作以“Metal-Organic Framework-Involved Artificial Organelle Corrects Intratumoral Glucose Analysis”为题发表在Angewandte Chemie International Edition。在这项研究中，作者首先将双酶级联催化系统（GOx-辣根过氧化物酶，HRP）原位包覆于金属有机框架（ZIF-8）中形成内部核心（GOx-HRP@ZIF-8）。随后，将过氧化氢酶（CAT）导向的氢键有机框架生长于表面构成稳定的外壳（CAT@HOF），用于保护内部信号转化（图1）。酸消化的核以及稳定的壳为提高生物催化效率提供了合适的纳米空间结构。外源性H2O2可以被CAT直接降解，从而克服其对葡萄糖信号传导的扰乱（图2）。同时，该人工细胞器具有良好的耐受性可以抵御各种极端环境的干扰。值得注意的是，H2O2分解产生的O2可以进一步缓解乏氧状态，促进葡萄糖的催化转化（图3）。得益于其优异的保护作用和生物相容性，人工细胞器通过校正信号转导实现了体内外葡萄糖精准的动态监测（图4），在了解肿瘤代谢和癌症诊疗方面具有很大的前景。本研究工作中，报道了一种多功能人工细胞反应器能够克服肿瘤内各种微环境的干扰，实现瘤内葡萄糖的精准分析。研究表明，所制备的人工细胞具有良好的信号转换能力及耐受性。值得注意的是，内源性H2O2被过氧化氢酶原位分解为O2，这不仅消除了信号输出的干扰，而且缓解了乏氧状态，促进了葡萄糖的氧化转化。基于良好的信号校正功能，人工细胞器实现了体内外葡萄糖的精准监测。因此，通过合理调控生物催化剂的分区有望开发智能的人工细胞器，以适应各种生物分析和治疗应用的需求。华中师范大学朱成周教授为该论文的通讯作者，博士研究生许维庆和吴俣为本论文的共同第一作者。「BioMed科技」关注生物医药×化学材料交叉前沿研究进展！交流、合作，请添加杨主编微信！
原文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202308827
来源：课题组供稿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
