临床研究表明，在结直肠癌和肺癌术后病灶中，肿瘤局部矿化普遍存在，无机磷酸盐富集可使肿瘤逐渐形成低代谢、难再生的“硬化灶”，且该现象通常与较好的预后相关。这一现象表明通过诱导肿瘤矿化实现无药物抗肿瘤具有重要潜力。基于此，相关策略尝试在肿瘤内构建可控矿化微环境以干预肿瘤细胞。然而，该类体系仍面临一定转化限制：传统基于硅氧烷的前驱体存在体内稳定性不足、易快速水解等问题，影响其全身递送效率与体内有效富集。同时，钙磷体系亦受限于离子平衡与矿化动力学。总体而言，如何实现稳定递送并在细胞乃至细胞器尺度精准构建可控矿化微环境，仍是推动该类疗法发展的关键挑战。

  广州医科大学附属第二医院雷琪教授、华南理工大学朱伟教授、马毅教授受硅藻生物硅化过程的启发，研究团队提出利用线粒体微环境实现肿瘤细胞的“生物硅化”调控策略。相较于传统依赖钙磷离子的矿化过程，生物硅化仅需正硅酸（Si(OH)₄）作为唯一前驱体，无需复杂离子平衡，具有更高的矿化效率与更优的可控性。基于此，自然过程启发下，团队首次构建二维硅烯（Silicene）纳米平台，作为“无机硅酸储库（Inorganic Silicic Acid Reservoir）”，实现细胞器水平的精准生物硅化治疗。该策略突破了传统分子前驱体快速水解、体内不稳定且难以全身递送的关键瓶颈，为硅化抗肿瘤提供了全新的材料与机制基础。

  2026年7月4日，相关研究以题为“Harnessing Silicene-to-Silicic Acid Conversion for Organelle-Specific Silica Deposition in Tumor Therapy”发表于国际期刊《Advanced Materials》（IF=29.1）。广州医科大学附属第二医院雷琪教授与华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授、马毅教授与为共同通讯作者，博士生尚同祎为第一作者。

图1. Silicene@TA/TPP-PEI（TPTS）介导的线粒体靶向及可调控生物硅化的示意图。

  TPTS通过温和氧化剥离法制备二维硅烯纳米片，并引入单宁酸（TA）与TPP修饰的PEI构建TPTS体系，实现线粒体靶向与可调控生物硅化。TA用于增强表面稳定性并提供多酚类界面结合能力，PEI用于赋予纳米结构正电性及促进细胞内吞与内体逃逸，而TPP作为线粒体靶向基团用于实现亚细胞层面的选择性富集。体外实验表明，TPTS可特异性富集于线粒体表面并诱导局部硅沉积，使其表面逐渐粗糙化并发生界面限域硅化，证明该体系具备可编程的亚细胞靶向生物矿化能力。

图2. TPTS的制备与结构以及体外线粒体硅化表征。

  SIM显微镜与Bio-TEM结果显示，TPTS可显著诱导4T1细胞线粒体发生结构性损伤，使其由完整丝状网络逐渐转变为碎片化与肿胀状态，并伴随整体形态缩短与塌陷。超微结构进一步证实线粒体膜结构破坏及嵴消失，提示严重功能障碍。相比之下，细胞骨架保持完整，表明该作用具有一定线粒体靶向选择性。

图3. TPTS诱导线粒体结构破坏。

  蛋白组学分析显示，TPTS处理显著改变4T1细胞蛋白表达谱，差异蛋白主要富集于线粒体基质及蛋白复合体相关通路。GO与KEGG结果表明，其显著影响氧化磷酸化与能量代谢过程，并伴随氧化应激及凋亡相关通路激活。GSEA进一步证实线粒体功能与能量转换相关蛋白整体下调，提示TPTS通过破坏线粒体蛋白网络重塑细胞能量稳态。

图4. TPTS诱导4T1细胞线粒体硅化的蛋白质组学分析。

  基于尾静脉给药的原位4T1三阴性乳腺癌治疗体系，TPTS在全身给药后显著抑制肿瘤生长并降低终点肿瘤负荷，同时未引起明显体重变化，显示出良好的体内抗肿瘤效果与安全性。

图5. 尾静脉注射全身给药的原位三阴性乳腺癌治疗体内评价。

  该研究的核心亮点包括：（1）构建“固态无机硅酸库”新策略：首次将二维硅烯工程化为体内稳定的“无机硅酸储库”，通过材料降解实现可编程正硅酸生成，突破传统前驱体不稳定及难以全身递送的局限；（2）实现线粒体靶向的空间限域生物硅化：通过TA界面调控与TPP靶向协同，实现TPTS向线粒体膜的精准富集，并诱导亚细胞尺度局部硅沉积，构建空间受限的线粒体硅化过程，从而提升治疗选择性与可控性；（3）提出基于材料降解驱动的可编程矿化治疗机制：区别于传统依赖分子扩散与快速水解的矿化模式，本体系利用硅烯在氧化微环境中的渐进式固相降解，实现动力学可调的硅酸释放与原位沉积，从机制上构建“材料控制释放”驱动的肿瘤线粒体矿化新范式。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73962