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中科院納米能源所李琳琳 Small Methods：具有腫瘤微環境重塑功能的壓電聲敏劑治療癌癥

2024-04-16 來源：高分子科技

隨著納米醫學的發展，利用聲敏劑在超聲輻照下產生活性氧（ROS）誘導腫瘤細胞死亡的聲動力療法（SDT）展現出廣闊的應用前景。然而，聲敏劑中載流子的快速復合導致ROS產量低，SDT療效不理想。此外，以乏氧和高濃度谷胱甘肽（1～10 mM）為特征的腫瘤微環境（TME）不僅限制了氧氣依賴性的ROS產生，還會消耗ROS導致腫瘤細胞抗氧化，進一步使治療大打折扣。

圖1. 壓電BTO@M聲敏劑用于聲動力治療的示意圖。

前期工作中，中國科學院北京納米能源與系統研究所李琳琳團隊設計了一系列基于壓電半導體的異質結結構作為聲敏劑用于SDT，提高壓電性，降低載流子的復合，提高ROS的產生（Nano Energy 2018, 46, 29; Nano Today 2021, 37, 101104; Nano Res. 2022, 15, 7304; ACS Nano 2022, 16, 9304; BMEMat 2023, 1, e12006; Small 2023, 19, 2300327; J. Colloid Interf. Sci. 2023, 640, 839.）。最近，為了進一步提高SDT療效，他們利用鈦酸鋇（BTO）和二氧化錳（MnO₂）構建了具有TME重塑和類酶催化功能的壓電BTO@M聲敏劑用于聲動力治療。具有很強的氧化還原能力，因此在生理環境中表現出多種類酶催化活性。其中，Mn(IV)能夠消耗過量的谷胱甘肽和過氧化氫產生Mn(II)和氧氣。產生的Mn(II)與過氧化氫發生類Fenton反應產生ROS，進一步促進腫瘤殺傷。基于以上考慮，通過在鈦酸鋇納米晶表面包覆MnO₂，開發具有類酶催化活性的新型聲敏劑BTO@M，為提高SDT療效、促進SDT推廣提供了一種潛在的途徑。
一方面，BTO@M形成的p-n結借助壓電電子學效應，增強了載流子的分離和遷移，并有效防止載流子的快速復合，促進超聲輻照下ROS產生。另一方面，BTO@M通過類酶活性催化TME中過量的谷胱甘肽和過氧化氫產生Mn(II)和氧氣，重塑乏氧和高谷胱甘肽的TME。隨后，Mn(II)通過類Fenton反應將過氧化氫轉化為羥基自由基，放大對腫瘤細胞的氧化損傷。細胞和動物實驗均表明，BTO@M在超聲下具有顯著的腫瘤生長抑制效果，為聲敏劑的設計和改善腫瘤治療提供了一條可行的方案。

圖2. BTO@M NPs的合成與表征。

圖3. SDT增強機理。

圖4. SDT荷瘤小鼠治療。

該研究成果以“Manganese dioxide coated piezoelectric nanosonosensitizer for cancer therapy with tumor microenvironment remodeling and multienzyme-like catalysis”為題發表在學術期刊《Small Methods》上。論文通訊作者為中科院北京納米能源所李琳琳研究員和山東農業大學趙運超副教授（2023年廣西大學和中科院北京納米能源所聯培博士畢業）。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smtd.202301134

李琳琳課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/lilinlin （課題組招聘特別研究助理、博士后、聯合培養學生，歡迎聯系）

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（責任編輯：xu）

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