El equilibrio entre las especies reductoras y las especies oxidantes dentro del microambiente tumoral (TME) juega un papel crucial en la mayoría de los procesos biológicos, especialmente en el proceso de muerte celular apoptótica. Cuando el equilibrio de las moléculas oxidantes y reductoras se rompe por el aumento de la concentración de especies reactivas de oxígeno (ROS), las células cancerosas morirán, logrando el propósito del tratamiento del tumor.

En la actualidad, se utilizan en el campo de la tumor terapia, con el objetivo de lograr el efecto de la producción catalítica in situ de ROS en tumores. Sin embargo, la mayoría de los estudios sobre el mecanismo de tales tratamientos aún se centran únicamente en los resultados de la reacción catalítica en cascada de la nanozima y no pueden monitorear todo el proceso de tratamiento.

La espectroscopia Raman mejorada de superficie (SERS) es una tecnología de detección rápida y no destructiva al nivel de la detección de una sola molécula, que tiene un gran potencial para monitorear reacciones bioquímicas relacionadas en las células. La aplicación de la tecnología SERS para monitorear el proceso de terapia fotodinámica de los tumores mejora nuestra comprensión del mecanismo específico del proceso catalítico de las nanozimas y puede descubrir información específica sobre el estado redox en el microambiente tumoral.

En un nuevo artículo publicado en Luz: ciencia y aplicaciones, un equipo de científicos dirigido por el Prof. Wei Song, el Prof. Zhuo Liu y el Prof. Bing Zhao de la Universidad de Jilin, China, informó que las nanozimas en cascada de Au@CD podrían usarse para la terapia fotodinámica de las células tumorales. La técnica SERS se ha utilizado para identificar el cambio dinámico de ROS en TME a lo largo de todo el proceso de PDT. La espectroscopia es la mejor herramienta para monitorear las reacciones bioquímicas intracelulares con una sensibilidad superior. Este trabajo presenta un estudio perspicaz sobre el mecanismo de PDT basado en la lesión por estrés oxidativo en TME, proporcionando un medio poderoso para el monitoreo en tiempo real de la fototerapia tumoral.

Los investigadores diseñaron una nanozima en cascada de Au@CDs, en la que los CD se utilizan como plantilla y agente de protección para construir nanopartículas (NP) típicas de Au@CDs con estructura de núcleo-capa. En comparación con las NP de Au solas, la cubierta de los CD evita la agregación de núcleos de Au y proporciona un punto de acceso SERS denso y uniforme. Bajo la excitación de la luz infrarroja cercana (NIR) a 808 nm, los Au@CD exhiben actividad similar a la peroxidasa mejorada inducida por la luz NIR (POD) y actividad similar a la oxidasa glutatión inducida por la luz NIR (GSHOX).

Bajo la irradiación de luz NIR, un gran número de portadores calientes excitados por resonancia de plasmones superficiales (SPR) puede participar efectivamente en la reacción, y el efecto fototérmico de plasma típico de Au NP puede mejorar la actividad de POD. Además, los Au@CD median el glutatión (GSH) para participar en la reacción, lo que acelera la generación de ROS y presenta el efecto de tratamiento fotodinámico de mejora fototérmica. Esta cascada de procesos catalíticos de nanozimas romperá rápidamente la homeostasis redox en los tumores, generará una gran cantidad de ROS y eventualmente conducirá a la apoptosis de las células cancerosas (Figura 1).

La tecnología SERS se utiliza para monitorear el cambio dinámico de ROS en el microambiente tumoral durante terapia fotodinámica mediante el reconocimiento de los productos de oxidación de las moléculas de sustrato de 3,3,'5,5'-tetrametilbencidina (TMB). Específicamente, el efecto mejorado de la propiedad fototérmica bajo la irradiación láser NIR para procesos PDT puede catalizar la descomposición de H₂O₂ y la disminución del nivel de GSH en muy poco tiempo, amplificando aún más el daño de las especies reactivas de oxígeno que conduce a la eliminación del tumor.

Posteriormente, las señales de oxTMB disminuyen durante 33 min al apagar el láser NIR, que es muy lento en comparación con el proceso de aumento mencionado anteriormente bajo la irradiación láser (3 min) (Figura 2). Este resultado sugiere además que los reductores sobreexpresados ​​(como GSH) en TME consumirán ROS sobreexpresados ​​​​nuevamente, luego, hasta que la actividad de ROS sea contrarrestada y eliminada, el estado de equilibrio de oxidación-reducción se realizará nuevamente.

Además, a través de estrategias SERS, se revela un proceso completo de estrés oxidativo en TMB. Este estudio perspicaz sobre los mecanismos de reacción proporciona el soporte de datos más valioso para el seguimiento en tiempo real de la fototerapia tumoral y la autorreparación del tejido normal.