研究背景：

针对上述问题，深圳大学黄鹏教授课题组将CAT与PS共组装成酶-光敏一体化纳米粒，既解决PS疏水聚集又实现原位供氧；进一步将该纳米粒载入微针（MN）阵列，构建无痛、透皮、局部递送系统。MN贴片可一次性穿透皮肤直达肿瘤，避开全身给药的血流清除与毒副作用，持续释放CAT-PS纳米粒，在瘤内催化H₂O₂产氧并同步进行PDT，从而同时克服“缺氧”和“递送”双重障碍，显著提升治疗效果与生物安全性。该文章于2025年7月4日以《Activatable Enzymatic Nanoplatform Incorporated into Microneedle Patch for Relieving Tumor Hypoxia Augmented Photodynamic Therapy》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.202504258）。

Scheme 1. 肿瘤微环境（TME）响应型光敏剂-过氧化氢酶纳米粒（PS@CAT NPs）的合成示意图，及其整合入微针（MN）贴片用于自供氧光动力疗法（PDT）的过程

（1）PS@CAT纳米粒的设计与表征

以还原型谷胱甘肽断开CAT天然二硫键，再氧化重建分子间二硫键，驱动CAT与疏水光敏剂HPPH、Ce6或ZnPc自组装，分别得到无载体纳米粒HGC、CGC、ZGC。TEM图像（图1a-c）显示三者均呈规则球形、单分散；DLS测得平均水合粒径146.7 nm、123.0 nm、140.6 nm，ζ电位均为负值（图1d-f）。UV–vis光谱（图1g–i）在400/680 nm、402/662 nm、356/683 nm处出现HPPH、Ce6、ZnPc特征峰，证实光敏剂被载入。

图1. PS@CAT纳米粒的设计与表征。a-c）HGC、CGC与ZGC的代表性TEM图像；d-f）HGC、CGC与ZGC的水合粒径分布；g-i）HGC、CGC与ZGC的紫外-可见吸收光谱

（2）PS@CAT纳米粒的酸响应解离与催化活性恢复

PS@CAT纳米粒在pH 7.4条件下几乎无催化活性，当pH降至6.5或5.0并孵育12 h后，240-330 nm UV–vis吸收显著降低，DO测定显示其以浓度依赖方式分解H₂O₂并释放O₂（图2a-f）。MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC贴片在pH 5.0时的累计释放率分别达≈60%、≈70%、≈100%，远高于pH 7.4（图2g-i）。DPBF探针实验表明，随pH由7.4降至5.0，三种纳米粒产生的¹O₂导致DPBF降解速率持续上升，且在含H₂O₂的pH 5.0体系中降解最快（图2j-l）。

图2. PS@CAT纳米粒的酸响应解离与催化活性恢复。a-c）不同pH条件下经指定处理后，H₂O₂（20 mm）溶液在240 nm处的紫外吸收变化；d-f）将经pH 5.0 PBS预孵育12 h的HGC（0、1、5、10、15、20 µg mL^-1）、CGC（0、1、2、4、6、8 µg mL^-1）和ZGC（0、2、4、6、8、10 µg mL^-1）分别加入500 µmH₂O₂溶液后的产氧动力学曲线；g-i）MN-HGC、MN-CGC与MN-ZGC贴片在pH 7.4、6.5和5.0 PBS中光敏剂HPPH、Ce6与ZnPc的累积释放曲线；j-l）经pH 7.4、6.5和5.0 PBS预孵育12 h的HGC、CGC或ZGC纳米粒加入H₂O₂溶液后，在660 nm激光照射下DPBF的归一化降解速率（A/A₀）随时间变化

（3）基于PS@CAT纳米粒的微针贴片构建

MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC贴片通过PDMS模具（10×10阵列，针高≈850 µm）制备，SEM显示弹头状针尖完整，表面因载入纳米粒而呈粗糙（图3a-c）；立体镜下针尖颜色由空白HA的浅黄分别转为HGC、CGC、ZGC对应色（图3d-f）。小鼠皮肤10 min贴敷后，针体完全插入，残留基底无色素，皮肤表面留有对应色点，H&E染色均见均匀微孔（图3g-i），断裂力分别为2.1、2.3、2.2、2.3 N/needle（图3j）。以RhB替代PS，双光子成像显示MN-ZGC-RhB 10 min穿透≈300 µm，跨越角质层（图3k）。IVIM活体成像显示，尾静脉注射RhB标记血管后贴MN-ZGC，ZnPc荧光0–24 h由0升至1822.8 a.u.，伴随毛细血管形态中断，提示酸性TME触发纳米粒释放并延长瘤内滞留（图3l-m）。

图3. 基于PS@CAT纳米粒的微针贴片构建。a-c）MN-HGC、MN-CGC与MN-ZGC贴片的代表性SEM图像；d-f）MN-HGC、MN-CGC与MN-ZGC贴片45°视角的代表性立体显微镜图像；g-i）小鼠皮肤H&E染色图像，显示贴敷MN-HGC、MN-CGC与MN-ZGC贴片后形成的微孔；j）MN-HGC、MN-CGC与MN-ZGC贴片的机械性能（断裂力）；k）MN-ZGC-RhB贴片贴敷小鼠皮肤10 min后，RhB荧光信号的3D重建图；l、m）MN-ZGC贴片贴敷小鼠右背侧后，不同时间点ZnPc荧光强度的相对定量及3D重建图

（4）PS@CAT纳米粒体外增强PDT效果

4T1细胞对HGC、CGC、ZGC的摄取呈时间依赖性，激光照射后，HGC、CGC、ZGC表现出浓度依赖性的光毒性，IC80浓度分别为1 µg mL^-1、10 µg mL^-1和40 µg mL^-1，对应细胞死亡率超过80%；而在相同条件下，以BSA为载体的对照组（HGB、CGB、ZGB）细胞存活率显著升高，提示CAT的引入增强了PDT效果（图4a-c）。CA/PI双染显示，无光处理时细胞几乎无死亡，激光照射后HGC、CGC、ZGC组出现大量红色荧光（死细胞），表明显著的光毒性（图4d）。流式细胞术进一步证实，游离PS组（HPPH、Ce6、ZnPc）激光照射后晚期凋亡率分别为24.7%、15.7%、26.8%，而HGC、CGC、ZGC组凋亡率显著提高，分别为对照组的2.6-3.9倍、1.7-6.3倍和3.9-3.4倍，显示CAT介导的O₂生成增强了PDT诱导的细胞凋亡（图4e-h）。

图4. PS@CAT纳米粒体外增强PDT效果。a-c）HGB与HGC、CGB与CGC、ZGB与ZGC对4T1细胞的暗毒性与光毒性对比；d）与上述纳米粒共孵育后，4T1细胞在有无激光照射下的CA/PI荧光染色图；e）流式细胞术检测游离光敏剂（HPPH、Ce6、ZnPc）及各类纳米粒（HGB、HGC、CGB、CGC、ZGB、ZGC）激光照射后4T1细胞凋亡的散点图；f–h）对应的凋亡率定量柱状图

（5）氧化应激增强PDT疗效

激光照射后，HGC、CGC、ZGC组DCFH-DA荧光分别升至空白对照的10.0、7.6、8.6倍，较游离HPPH(+)、Ce6(+)、ZnPc(+)及其对应BSA纳米粒HGB(+)、CGB(+)、ZGB(+)分别提高1.8-4.0倍（图5a-b）。JC-1探针显示线粒体膜电位红/绿荧光比值降至1.1±0.5、1.0±0.2、1.6±0.3，显著低于游离PS组（4.0-7.3）及PS@BSA组（2.9-5.1）（图5c-d）。C11-BODIPY脂质过氧化探针红/绿比值<2，亦明显低于游离PS（4.1-5.2）及PS@BSA组（2.5-3.1）（图5e-f）。

图5. 氧化应激增强PDT疗效。a、b）激光照射后不同处理组4T1细胞ROS水平的典型荧光图及定量分析；c、d）激光照射后不同处理组JC-1染色的典型荧光图及定量分析；e、f）激光照射后不同处理组BODIPY染色的典型荧光图及定量分析

（6）体内FL与PA成像

体内FL成像显示，MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC贴片肿瘤区信号持续增强至24 h，峰值分别为15.0×10⁸、16.6×10⁸、3.2×10⁸；离体肿瘤FL强度达13.8×10⁸、20.1×10⁸、3.0×10⁸，显著高于其他器官（图6a-l）。PA成像表明，12 h时MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC组sO2由≈10%分别升至33.9%、31.3%、28.3%，并维持至24 h；无CAT对照组（MN-HGB、MN-CGB、MN-ZGB）及游离CAT组sO2迅速回落，12 h仅≈12%（图6m-r）。

图6. 体内FL与PA成像。a-b) 4T1荷瘤小鼠在MN-HGC贴片应用前及不同时间点的体内FL图像，以及贴敷24 h后主要器官与肿瘤的离体FL图像；c-d) 图a小鼠HPPH FL强度定量及图b主要器官（心He、肝Li、脾Sp、肺Lu、肾Ki）与肿瘤（Tu）的FL定量；e-f) 4T1荷瘤小鼠在MN-CGC贴片应用前及不同时间点的体内FL图像，以及24 h后主要器官与肿瘤的离体FL图像；g-h) 图e小鼠Ce6 FL强度定量及图f主要器官与肿瘤的FL定量；i-j) 4T1荷瘤小鼠在MN-ZGC贴片应用前及不同时间点的体内FL图像，以及24 h后主要器官与肿瘤的离体FL图像；k-l) 图i小鼠ZnPc FL强度定量及图j主要器官与肿瘤的FL定量；m-o) 4T1荷瘤小鼠在MN-HGB vs MN-HGC、MN-CGB vs MN-CGC、MN-ZGB vs MN-ZGC贴片应用前后的肿瘤sO₂体内PA图像。P-r) 对应各时间点肿瘤区域总sO₂水平的定量分析

（7）体内抗肿瘤效果

4T1荷瘤鼠（≈80–100 mm³）分十组：Control、MN-HGC、MN-CGC、MN-ZGC及其激光组，MN-HGB(+)、MN-CGB(+)、MN-ZGB(+)为无CAT对照。无激光时肿瘤生长与Control无差异；激光照射（660 nm，100 mW cm^-2，30 min）后，MN-HGB(+)、MN-CGB(+)、MN-ZGB(+) 仅短暂抑瘤，14天抑制率分别为79.1%、71.8%、64.4%且全部复发。MN-HGC(+)、MN-CGC(+)、MN-ZGC(+)抑瘤持续，14天抑制率98.5%、95.4%、86.9%（图7b-g）。免疫荧光：非CAT组HIF-1α高表达，CAT组无论是否激光均保持低表达（图7h）。H&E显示CAT组核固缩、胞浆破裂最严重；Ki67阴性细胞增多，TUNEL绿色荧光最强，证实增殖受抑、凋亡增加（图7h）。

图7. 体内抗肿瘤效果。a) 抗肿瘤实验的治疗方案示意图；b-d) 不同处理组4T1荷瘤小鼠的平均肿瘤生长曲线；e-f) 各组小鼠处死后的肿瘤质量及对应肿瘤照片；g) 各组单个肿瘤的生长曲线；h) 对各组肿瘤组织进行HIF-1α免疫荧光、H&E组织学、Ki67增殖评估及TUNEL凋亡检测