图1. 负载单原子Fe的MoS2纳米催化剂用于肿瘤催化治疗的原理示意图。

　　芬顿反应是一个铁催化的氧化还原过程，可以将过氧化氢（H₂O₂）转化为强氧化性的羟基自由基（？OH）。该反应已经被广泛应用于工业领域，可以降解持久性污染物和杀死污水中的致病微生物。然而，在芬顿反应过程中，Fe³⁺到Fe²⁺的转换效率比较低，这严重阻碍了整个反应进程，降低了催化效率。为了克服这一问题，各种有机/无机物质被添加到反应体系中，以辅助Fe³⁺的还原。其中，无机材料，特别是过渡金属硫化物（如ZnS、WS₂和MoS₂），已经被证实是可以将Fe³⁺转化为Fe²⁺的优异的助催化剂。

　　近几年，施剑林院士研究团队提出了“纳米催化医学”的概念并在肿瘤的纳米催化治疗方面做了许多研究工作。目前，铁基纳米催化剂被广泛应用于催化肿瘤内芬顿或类芬顿反应，将肿瘤内过表达的H₂O₂转化为？OH，以对癌细胞造成氧化损伤，进而抑制肿瘤生长。在这种治疗模式中，纳米催化剂的催化效率决定了最终的治疗效果。为了提高催化效率，单原子铁纳米催化剂也被应用于肿瘤治疗中，以在催化过程中获得最高的铁利用率。虽然这种方法通过使金属原子级别分散能够在一定程度上提高芬顿反应效率，但是，Fe³⁺至Fe²⁺的较难转化仍然限制着铁基纳米催化剂的治疗效率。

　　在本工作中，施剑林院士研究团队首次将助催化概念引入到肿瘤的纳米催化疗法中，旨在通过将助催化剂和铁单原子催化剂相结合，来解决铁基纳米催化剂在肿瘤催化治疗中效率低的问题。这一策略通过利用助催化剂的还原性组分将Fe³⁺物种快速还原为Fe²⁺，来显著提高芬顿反应的速率，从而提升肿瘤催化治疗的效果。本工作构建了MoS₂纳米片并用其负载原子级别分散的Fe催化剂（MoS₂@SA-Fe-PEG，记为MSFP）（图1），其中单原子Fe作为活性位点触发芬顿反应，而MoS₂纳米片上的大量硫空位有利于H₂O₂捕获电子，促进？OH的产生。此外，MoS₂载体作为助催化剂可以通过Mo⁴⁺/Mo⁶⁺转换加速Fe³⁺转化为Fe²⁺，从而促进整个催化过程。这种纳米复合催化剂MSFP表现出优异的催化性能，并在体内实验中显示出显著增强的肿瘤催化治疗效果（图2）。

图2. 纳米催化剂MSFP在肿瘤模型中的治疗效果。

　　该研究工作以“Enhancing Tumor Catalytic Therapy by Co-Catalysis”为题发表在“Angewandte Chemie International Edition”上（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202200480. DOI: 10.1002/anie.202200480）。第一作者为2018级硕博生杨家财，通讯作者为施剑林院士和杨博文博士。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划、上海市政府基础研究计划和中国医学科学院医学科学创新基金的资助和支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202200480