本文是由Yang Zeng、Haiyan Zhou、Jinsong Ding和Wenhu Zhou等研究人员共同完成的一项原创性研究，发表于2021年7月13日的《Theranostics》期刊第11卷第17期。该研究的主要机构为中南大学湘雅药学院和基础医学院病理学系。研究旨在解决葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase, GOx）在肿瘤饥饿疗法中的应用限制，特别是其在体内快速失活和非特异性催化导致的副作用问题。通过设计一种仿细胞膜的纳米壳结构，研究团队成功实现了GOx的长效催化活性，并通过微针（Microneedles, MNs）经皮给药系统将其应用于黑色素瘤的局部治疗。
肿瘤细胞的代谢途径是肿瘤治疗的重要靶点。由于肿瘤细胞的快速增殖需要大量的能量和营养物质，尤其是葡萄糖，因此通过消耗肿瘤细胞内的葡萄糖来抑制其生长是一种有效的治疗策略。葡萄糖氧化酶（GOx）能够催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢（H2O2），从而切断肿瘤细胞的能量供应，同时生成的酸性微环境和H2O2还可以增强其他治疗方法的协同效应。然而，GOx在体内的应用面临两大挑战：一是其容易被蛋白酶降解而失活，二是其非特异性催化可能导致全身性的副作用，如低血糖和组织缺氧。因此，开发一种能够保护GOx并实现局部长效催化的递送系统具有重要的临床意义。
研究团队设计了一种基于聚多巴胺（Polydopamine, PDA）的纳米壳结构，用于封装GOx，并通过溶解性微针（MNs）实现经皮给药。具体流程如下：
GOx的封装与纳米壳的构建：首先，GOx通过叶酸（Folic Acid, FA）和Zn2+离子的配位作用被封装到纳米级配位聚合物（Nanoscale Coordination Polymers, NCPs）中。随后，通过多巴胺的自聚合反应在NCPs表面形成PDA壳层。最后，通过洗涤去除NCPs核心，形成具有GOx核心的PDA纳米胶囊（GOx@PDA）。
纳米壳的保护作用验证：研究团队通过一系列实验验证了PDA壳层对GOx的保护作用。实验表明，GOx@PDA在多种生物基质（如PBS缓冲液、血清和细胞裂解液）中能够保持至少6天的催化活性，并且能够抵抗酸/碱处理和蛋白酶的降解。
微针的制备与药物递送：研究团队使用透明质酸（Hyaluronic Acid, HA）和聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）作为基质，制备了溶解性微针（MNs），并将GOx@PDA集成到微针中。微针能够有效穿透皮肤屏障，将GOx@PDA递送至肿瘤组织。
体外抗肿瘤实验：通过MTT实验和活/死细胞染色实验，研究团队验证了GOx@PDA对多种肿瘤细胞的抑制作用。实验结果表明，GOx@PDA通过消耗葡萄糖和生成H2O2，显著抑制了肿瘤细胞的生长。
体内肿瘤治疗实验：在黑色素瘤小鼠模型中，研究团队通过微针经皮给药系统将GOx@PDA递送至肿瘤部位。实验结果显示，GOx@PDA显著抑制了肿瘤的生长，且未观察到明显的副作用。
GOx@PDA的长效催化活性：GOx@PDA在多种生物基质中能够保持至少6天的催化活性，且能够抵抗酸/碱处理和蛋白酶的降解。这一结果表明，PDA壳层能够有效保护GOx，延长其在体内的活性。
微针的经皮递送效果：微针能够有效穿透皮肤屏障，将GOx@PDA递送至肿瘤组织。实验结果显示，微针递送的GOx@PDA显著抑制了黑色素瘤的生长，且未引起全身性的副作用。
肿瘤生长抑制：在黑色素瘤小鼠模型中，GOx@PDA通过微针递送显著抑制了肿瘤的生长，抑制率高达91%。此外，研究还发现，GOx@PDA治疗后的肿瘤组织中出现了血管生成现象，提示未来可以结合抗血管生成药物进行协同治疗。
本研究成功设计了一种基于PDA纳米壳的GOx递送系统，并通过微针经皮给药实现了黑色素瘤的局部饥饿治疗。PDA壳层能够有效保护GOx，延长其在体内的催化活性，同时微针递送系统能够将GOx@PDA精确递送至肿瘤组织，避免了全身性副作用。这一研究为GOx在肿瘤治疗中的应用提供了新的思路，并为未来的临床转化奠定了基础。
创新的纳米壳设计：研究团队仿照细胞膜的结构，设计了PDA纳米壳，能够选择性允许葡萄糖通过，同时阻止GOx和蛋白酶的渗透，从而实现了GOx的长效保护。
微针递送系统的应用：通过溶解性微针实现了GOx@PDA的经皮递送，避免了传统注射方法的侵入性和副作用，提高了患者的依从性。
显著的肿瘤抑制效果：GOx@PDA通过微针递送显著抑制了黑色素瘤的生长，且未引起全身性副作用，展示了其在肿瘤治疗中的巨大潜力。
本研究不仅为GOx在肿瘤饥饿疗法中的应用提供了新的解决方案，还为其他酶类药物的递送系统设计提供了参考。通过仿细胞膜的纳米壳结构和微针递送系统，研究团队成功解决了GOx在体内应用的关键问题，为未来的肿瘤治疗开辟了新的方向。