生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应，无论是内源酶或外源酶引发的活体催化反应，其过程都伴随着多种分子事件的动态变化，而通过分子影像手段对这些分子事件进行同步实时的监测，能够加深人们对这些生物学过程的理解。要实现这一目标，除了要有灵敏的成像技术，还需要稳定的酶促催化系统。
近日，深圳大学医学部生物医学工程学院黄鹏团队在 Nature 子刊 Nature Communications 上发表了题为：In vivo three-dimensional multispectral photoacoustic imaging of dual enzyme-driven cyclic cascade reaction for tumor catalytic therapy 的研究论文。
研究团队利用天然酶和纳米酶联姻，成功地构建了级联催化反应系统(PMNSG)，该系统具体由天然酶(葡萄糖氧化酶，GOx)和纳米酶(二维钯钼纳米酶，PMNS)组成。该研究发展了多光谱三维光声(3D PA)成像技术，实现了活体级联催化反应中多分子事件的实时监测，为肿瘤催化治疗提供了精确指导。
该级联催化反应系统中，PMNS具有过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等模拟酶活性，可将细胞内过氧化氢(H2O2)分别催化生成氧气(O2)和高细胞毒性的羟基自由基(?OH)。而GOx能有效催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和H2O2，可为上述纳米酶促反应提供反应物。因此，该级联催化系统可以高效地诱导内源性氧合血红蛋白(OxyHb)和脱氧血红蛋白(DeoxyHb)的PA信号变化。
同时，由于PMNS具有良好的光热转换性能，除了可以高效地增强上述级联酶促反应，还可以提供PA导航。基于此，该团队利用多光谱3D PA成像技术，实现了上述级联催化过程中动态分子事件的同步无创监测，并构建了内源性(OxyHb和DeoxyHb)和外源性(PMNS)分子之间的相关性，通过分析三者之间的关联，可深刻理解上述多分子事件的动态变化过程。
