中科院纳米能源所李琳琳 Small Methods：具有肿瘤微环境重塑功能的压电声敏剂治疗癌症

2024-04-16 来源：高分子科技

随着纳米医学的发展，利用声敏剂在超声辐照下产生活性氧（ROS）诱导肿瘤细胞死亡的声动力疗法（SDT）展现出广阔的应用前景。然而，声敏剂中载流子的快速复合导致ROS产量低，SDT疗效不理想。此外，以乏氧和高浓度谷胱甘肽（1～10 mM）为特征的肿瘤微环境（TME）不仅限制了氧气依赖性的ROS产生，还会消耗ROS导致肿瘤细胞抗氧化，进一步使治疗大打折扣。

图1. 压电BTO@M声敏剂用于声动力治疗的示意图。

前期工作中，中国科学院北京纳米能源与系统研究所李琳琳团队设计了一系列基于压电半导体的异质结结构作为声敏剂用于SDT，提高压电性，降低载流子的复合，提高ROS的产生（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，为了进一步提高SDT疗效，他们利用钛酸钡（BTO）和二氧化锰（MnO₂）构建了具有TME重塑和类酶催化功能的压电BTO@M声敏剂用于声动力治疗。具有很强的氧化还原能力，因此在生理环境中表现出多种类酶催化活性。其中，Mn(IV)能够消耗过量的谷胱甘肽和过氧化氢产生Mn(II)和氧气。产生的Mn(II)与过氧化氢发生类Fenton反应产生ROS，进一步促进肿瘤杀伤。基于以上考虑，通过在钛酸钡纳米晶表面包覆MnO₂，开发具有类酶催化活性的新型声敏剂BTO@M，为提高SDT疗效、促进SDT推广提供了一种潜在的途径。
一方面，BTO@M形成的p-n结借助压电电子学效应，增强了载流子的分离和迁移，并有效防止载流子的快速复合，促进超声辐照下ROS产生。另一方面，BTO@M通过类酶活性催化TME中过量的谷胱甘肽和过氧化氢产生Mn(II)和氧气，重塑乏氧和高谷胱甘肽的TME。随后，Mn(II)通过类Fenton反应将过氧化氢转化为羟基自由基，放大对肿瘤细胞的氧化损伤。细胞和动物实验均表明，BTO@M在超声下具有显著的肿瘤生长抑制效果，为声敏剂的设计和改善肿瘤治疗提供了一条可行的方案。

图2. BTO@M NPs的合成与表征。

图3. SDT增强机理。

图4. SDT荷瘤小鼠治疗。

该研究成果以“Manganese dioxide coated piezoelectric nanosonosensitizer for cancer therapy with tumor microenvironment remodeling and multienzyme-like catalysis”为题发表在学术期刊《Small Methods》上。论文通讯作者为中科院北京纳米能源所李琳琳研究员和山东农业大学赵运超副教授（2023年广西大学和中科院北京纳米能源所联培博士毕业）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.202301134

李琳琳课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/lilinlin （课题组招聘特别研究助理、博士后、联合培养学生，欢迎联系）

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（责任编辑：xu）

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