鑽石舞台

聲動力治療（SDT）作為一種新興的納米醫學腫瘤治療技術，已成為近期腫瘤治療領域的研究熱點。與光熱治療和光動力治療相比，SDT具有更高的組織穿透深度（10 cm），對正常組織的損傷較小。儘管SDT具有很多優點，但仍存在一些限制因素阻礙其臨床轉化，包括當前聲敏劑效率低下以及複雜的腫瘤微環境（TME）的制約。因此，需要尋找具有增強的聲動力效率和調控TME能力的多功能高效聲敏劑來促進SDT的發展。

近日，上海大學環境與化學工程學院潘登余課題組在Chemical Engineering Journal上發表了題為「A biodegradable p-n junctionsonosensitizerfor tumor microenvironment regulating sonodynamictumor therapy」的研究論文。該課題組設計製備了一種可降解的p-n結聲敏劑（N-CD@LiFePO4），用於TME調控增強的SDT。研究發現，由p型半導體磷酸鐵鋰與n型半導體碳量子點構建形成的p-n結聲敏劑具有顯著增強的聲動力性能；同時，在微酸性的腫瘤微環境下，Fe3+/Fe2+的轉化使得該聲敏劑表現出優異的芬頓反應活性，產生大量的具有細胞毒性的羥基自由基（•OH），實現GSH消耗增強的化學動力學治療聯合聲動力治療（圖1）。

圖1. 使用生物可降解的LiFePO4和腎臟可清除的N-CD構建p-n結聲敏劑，用於TME調控增強的聲動力腫瘤治療。

文章要點

作者以LiOH·H2O、FeSO4·7H2O和H3PO4作為前驅物，採用微波輔助合成法製備表面帶負電荷的LiFePO4納米棒。而表面帶正電荷的N摻雜碳點也是通過微波輔助合成法製備的，前驅物為1,3,6-三硝基芘（TNP）和聚乙烯亞胺（BPEI）。最後，通過靜電吸引相互作用將N-CD負載在LiFePO4納米棒表面，得到N-CD@LiFePO4聲敏劑。TEM、XRD、XPS等一系列結構表徵證實了N-CD的成功負載（圖2）。

圖2.生物可降解p-n結聲敏劑的結構表徵。

圖3.N-CD@LiFePO4異質結的聲動力性能測試及機理研究。

作者以DPBF作為1O2探針，發現相比於單獨的LiFePO4納米棒，N-CD@LiFePO4異質結具有更高的1O2生成能力，該結果與電子自旋共振譜（ESR）保持一致。隨後作者通過一系列電化學表徵證實了磷酸鐵鋰和碳量子點的半導體類型分別為p型和n型。基於此，n型碳點的加載有效增強了磷酸鐵鋰的聲動力性能（圖3）。

圖4. N-CD@LiFePO4異質結的腫瘤微環境調控性能測試。

在確認N-CD@LiFePO4異質結具有優異的聲動力性能之後，作者進一步研究發現LiFePO4內部含有Fe3+和Fe2+，利用Fe2+能夠與H2O2發生芬頓反應的特性，進而實現了化學動力學治療；利用Fe3+具有氧化消耗GSH的能力，最終實現了GSH消耗增強的化學動力學治療聯合聲動力治療（圖4）。

圖5. N-CD@LiFePO4異質結體外腫瘤治療效果評估。

由於N-CD@LiFePO4擁有產生高效ROS的能力，作者首先在細胞水平上驗證其腫瘤治療效果。研究表明在H2O2存在條件下，N-CD@LiFePO4聲敏劑對正常細胞（LO2）幾乎無毒，而對143B腫瘤細胞表現出明顯的濃度依賴特性。這說明基於N-CD@LiFePO4的化學動力學治療只能在酸性條件下發生，有效的避免了對正常組織的損傷。隨後，作者通過活死染色和ROS染色實驗證實N-CD@LiFePO4 + H2O2 +US組具有最佳的腫瘤治療效果，成功的證明了基於N-CD@LiFePO4異質結的CDT和SDT具有協同增強的療效（圖5）。

圖6. N-CD@LiFePO4異質結體內抗腫瘤性能。

在評估N-CD@LiFePO4異質結體內腫瘤治療療效之前，作者首先將FDA批准的近紅外熒光染料ICG標記在N-CD@LiFePO4異質結表面，隨後靜脈注射ICG標記的N-CD@ LiFePO4異質結，並觀察其在小鼠體內的腫瘤靶向能力。實驗證實在尾靜脈注射24小時後，N-CD@LiFePO4異質結在腫瘤區域富集濃度達到最高。隨後，作者將143B細胞接種在裸鼠背部，接種7天後將荷瘤小鼠（腫瘤尺寸100mm3）平均分為5組，並利用不同的治療策略進行治療。治療結果表明N-CD@LiFePO4+ H2O2+US實驗組可有效抑制143B骨肉瘤癌的生長，並且對小鼠無明顯的毒副作用。這一結果充分證明具有腫瘤微環境調控能力的N-CD@LiFePO4異質結可以實現高效的化學動力學治療聯合聲動力治療，從而極大的增強腫瘤治療療效，實現對腫瘤的完全根除（圖6）。

圖7.N-CD@LiFePO4異質結的生物降解行為測試。

最後，作者還對N-CD@LiFePO4異質結的生物降解行為進行了詳細的測試。作者將N-CD@LiFePO4異質結放入PBS溶液中進行透析，一段時間後稱量異質結質量，結果表面N-CD@LiFePO4異質結具有穩定的三天窗口期，三天後會發生明顯的降解行為。隨後作者證實，在三天內N-CD@LiFePO4異質結的聲動力性能不會發生明顯的變化，這說明異質結可以在體內完成聲動力治療和化學動力學治療之後，再被降解出體外，不會對小鼠造成明顯的長期毒性。為了進一步揭示降解機制，作者分別在降解0，7，14 d後對樣品進行了TEM觀察和XRD分析。結果表明，隨着降解時間的增加，磷酸鐵鋰逐步發生分解，LiFePO4正交橄欖石相的衍射峰也隨之消失。此外，N-CD具有腎清除特性，可以通過腎臟排出體外，同樣不會造成明顯的長期毒性。這些結果充分說明了N-CD@LiFePO4異質結具有優異的生物相容性和可生物降解特性，這為其後續的臨床轉化奠定了堅實的基礎。

上海大學胡金燕博士為論文的第一作者，通論作者為耿弼江（上海大學）、潘登余（上海大學）和沈龍祥（上海市第六人民醫院）。該工作得到了國家自然科學基金青年基金、上海市「超級博士後」激勵資助計劃、中國博士後科學基金等的大力資助。

原文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472202808X

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