2022年3月11日，深圳大学医学部生物医学工程学院黄鹏特聘教授团队在国际顶级学术期刊《Nature Communications》（影响因子14.919，中科院一区，TOP期刊）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。这篇文章的所有工作均在深圳大学完成，该团队雷珊博士后和张景硕士研究生为共同第一作者，黄鹏教授为通讯作者，深圳大学为唯一单位和唯一通讯单位，该团队所在的生物医学工程学科属于广东省优势重点学科。

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。基于此，该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（如下图）。

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。尤为重要地是，分析上述得到的关联性，可作为信息反馈用于精准指导肿瘤的催化治疗，从而大大地提高肿瘤治疗的疗效。该研究为活体催化过程中多分子事件的可视化提供了理论基础，有望为疾病的精准诊疗提供新的解决方案。

本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科创委等项目的支持。