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中科院納米能源所李琳琳 Small Methods：具有腫瘤微環(huán)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(yī)學(xué)的發(fā)展，利用聲敏劑在超聲輻照下產(chǎn)生活性氧（ROS）誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡的聲動力療法（SDT）展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，聲敏劑中載流子的快速復(fù)合導(dǎo)致ROS產(chǎn)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(huán)境（TME）不僅限制了氧氣依賴性的ROS產(chǎn)生，還會消耗ROS導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞抗氧化，進(jìn)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(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李琳琳團(tuán)隊設(shè)計了一系列基于壓電半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)作為聲敏劑用于SDT，提高壓電性，降低載流子的復(fù)合，提高ROS的產(chǎn)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(jìn)一步提高SDT療效，他們利用鈦酸鋇（BTO）和二氧化錳（MnO2）構(gòu)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(qiáng)的氧化還原能力，因此在生理環(huán)境中表現(xiàn)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(chǎn)生Mn(II)和氧氣。產(chǎn)生的Mn(II)與過氧化氫發(fā)生類Fenton反應(yīng)產(chǎn)生ROS，進(jìn)一步促進(jìn)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(fā)具有類酶催化活性的新型聲敏劑BTO@M，為提高SDT療效、促進(jìn)SDT推廣提供了一種潛在的途徑。
一方面，BTO@M形成的p-n結(jié)借助壓電電子學(xué)效應(yīng)，增強(qiáng)了載流子的分離和遷移，并有效防止載流子的快速復(fù)合，促進(jìn)超聲輻照下ROS產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)將過氧化氫轉(zhuǎn)化為羥基自由基，放大對腫瘤細(xì)胞的氧化損傷。細(xì)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(shè)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(qiáng)機(jī)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(fā)表在學(xué)術(shù)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(nóng)業(yè)大學(xué)趙運超副教授（2023年廣西大學(xué)和中科院北京納米能源所聯(lián)培博士畢業(yè)）。


  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(lián)合培養(yǎng)學(xué)生，歡迎聯(lián)系）

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