癌症和细菌感染一直是威胁人类健康的重大基础疾病。近年发展起来的纳米催化医学,借助于纳米材料的本征化学NVP-TNKS656特性催化调控活性氧物种(Reacplant pathologytive oxygen species,ROS)产生或其他化学反应,实现了疾病的高效以及特异性治疗。然而,不论是肿瘤细胞还是细菌都具有完整的抗氧化系统,用于抵御氧化应激,维持自身的氧化还原稳态。当纳米药物催化产生的ROS攻击目标受体时,癌细胞和细菌不断地提升抗氧化水平来清除过量产生的ROS,这严重阻碍了纳米催化药物在对抗细菌感染和肿瘤治疗过程中ROS的杀伤效果。因此借助纳米催化材料并利用病灶微环境加速ROS生成,将有利于提高基于ROS的疾病治疗效果,并对纳米催化药物的临床转化研究具有重要意义。基于此,本论文聚焦疾病病灶微环境对ROS调控的需求,设计制备了三种促ROS生成的功能纳米材料,实现了高效的抗菌和抗肿瘤治疗。具体的研究内容如下:(1)自催化亚铁重生策略用于细菌感染高效治疗。调控芬顿反应进程是ROS治疗的关键策略,而Fe~(3+)到Fe~(2+)的转变作为限速步骤,严重阻碍了ROS的产生及其抗菌效应。因此,本研究构建了Fe Se_2纳米片用于维持芬顿反应过程中Fe~(2+)的重生,保持高ROS生成效率进而促进有效的细菌杀伤。当Fe~(2+)和H_2O_2反应生成Fe~(3+)和·OH后,Se~(2-)将Fe~(3+)还原为Fe~(2+),从而维持芬顿反应高效运行。除此之外,Se物种还可以与H~+结合生成H_2Se,进一步与O_2反应生成O_2~(·-)。Fe Se_2自催化过程产生的Fe~(2+)/O_2~(·-)与芬顿反应生成的·OH共同作用,通过打破细菌的氧化阈值,来破坏细菌膜、引发脂质过氧化以及消耗谷胱甘肽(Glutathione,GSH),进而诱导细菌的不可逆损伤。Fe Se_2的抗菌能力加速了细菌感染的伤口愈合进程。这种Fe~(2+)再生调控的氧化应激为广谱非抗生素抗菌供了一种加速且持续的ROS增强策略。(2)谷胱甘肽消耗协同活性氧增强用于“类铁死亡”肿瘤治疗。癌细胞中高表达的抗氧化物质GSH严重限制了ROS的产生效率。基于此,本研究构建了钼酸钴-磷钼酸复合纳米片(Co Mo O_4-phosphomolybdic acid,CPMNSs),以消耗GSH为前提,用于增强ROS的产生。CPMNSs中高价态的Mo~(6+)可以和GSH反应,有效消耗GSH。而Mo~(6+)转变生成的Mo~(5+)可以通过多金属氧酸盐结构驱动罗素机制,催化H_2O_2分解产生~1O_2。同时,GSH与Mo~(6+)的氧化还原反应还促进了CPMNSs的降解,从而加速Co离子的释放,推动了类芬顿反应中·OH的产生效率。GSH的消耗不仅使谷胱甘肽过氧化物酶4(Glselleck Y-27632utathione peroxidase,GPX4)失活,而且促进了~1O_2和·OH的产生,使脂质过氧化物累积。体内和体外结果都证明了CPMNSs具有良好的诱导癌细胞铁死亡的能力。这种非铁基纳米材料诱导“类铁死亡”策略扩展了纳米催化癌症治疗的研究思路。(3)谷胱甘肽重生抑制协同活性氧产生用于铁死亡肿瘤治疗。当GSH被消耗后,其氧化态的GSSG能够在谷胱甘肽还原酶的作用下接受还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)的电子重新转变为GSH,恢复抗氧化能力。为此,本研究构建了Pt-MIL-101(Fe)纳米药物,用于催化NADPH氧化以及后续的级联反应,以产生·OH并阻止GSH重生,从而促进癌细胞对铁死亡的敏感。在级联反应过程中,具有NADPH氧化酶(NADPH oxidase,NOX)活性的Pt-MIL-101首先催化NADPH将电子转移至O_2,从而产生O_2~(·-);然后利用其类超氧化物歧化酶活性,催化O_2~(·-)歧化产生H_2O_2;产生的H_2O_2进一步作为底物,通过与MIL-101结构中心的Fe~(3+)/Fe~(2+)进行芬顿反应,进而生成高毒性的·OH。NOX的类酶特性催化NADPH的消耗,很大程度上阻止了GSH的再生,并使GPX4失活,从而抑制了脂质过氧化物的还原。而通过级联反应生成的·OH和O_2~(·-)促进了癌细胞脂质过氧化物的产生。这种NADPH级联消除策略双重保障了脂质过氧化物的累积,加速了肿瘤铁死亡的发生。