北理工團(tuán)隊(duì)在超聲控釋納米催化腫瘤治療領(lǐng)域取得突破
發(fā)布日期：2025-07-15 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：田柳 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)張加濤研究團(tuán)隊(duì)在摻雜量子點(diǎn)納米化學(xué)研究的已有基礎(chǔ)（Adv. Mater. 2015, Nature Nanotech.2018, Chem 2020, Sci. Adv. 2024）上，與清華大學(xué)化學(xué)系李亞棟院士合作，在新型摻雜量子點(diǎn)合成及癌癥治療領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果以 “Iron–silver-modified quantum dots act as efficient catalysts in anti-cancer multitherapy through controlled, ultrasound-induced oxidation” 為題在國際頂級(jí)期刊《Nature Nanotechnology》發(fā)表（DOI: 10.1038/s41565-025-01943-y）。該研究構(gòu)建了一種集化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法、聲動(dòng)力學(xué)療法與免疫療法于一體的鐵/銀雙摻雜量子點(diǎn)納米平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)可控治療與轉(zhuǎn)移抑制，為癌癥多模式協(xié)同治療提供了全新的納米催化劑設(shè)計(jì)思路。北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張加濤教授，國家納米科學(xué)中心喬增瑩研究員，米蘭比可卡大學(xué) Sergio Brovelli 教授為論文共同通訊作者。
科學(xué)家們始終致力于探索高效、精準(zhǔn)的癌癥治療方法?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)療法（CDT）與聲動(dòng)力學(xué)療法（SDT）因能利用腫瘤微環(huán)境（TME）特性發(fā)揮作用而備受關(guān)注，但現(xiàn)有技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)：CDT 依賴的催化劑進(jìn)入腫瘤后易立即反應(yīng)，難以精準(zhǔn)控制；SDT 的傳統(tǒng)聲敏劑活性氧（ROS）產(chǎn)生效率低，且腫瘤缺氧微環(huán)境進(jìn)一步限制療效；單一療法往往難以徹底清除腫瘤，尤其對(duì)轉(zhuǎn)移灶效果有限。近年來，單原子催化劑因原子利用率高、類酶活性強(qiáng)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角，其中鐵基單原子催化劑在芬頓反應(yīng)等催化過程中表現(xiàn)優(yōu)異，但在正常組織中易因過氧化氫（H?O?）觸發(fā)非可控催化，存在安全隱患。另外，自然發(fā)生的催化反應(yīng)通常效率較低，無法對(duì)腫瘤造成有效殺傷。如何實(shí)現(xiàn)催化劑的精準(zhǔn)調(diào)控、協(xié)同多種療法優(yōu)勢，成為癌癥治療領(lǐng)域的關(guān)鍵難題。
圖1 設(shè)計(jì)思路與多種療法協(xié)同抗腫瘤的機(jī)理
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)基于在納米材料設(shè)計(jì)與腫瘤微環(huán)境調(diào)控領(lǐng)域的系列研究基礎(chǔ)，提出構(gòu)建銀摻雜硒化鋅（ZnSe）量子點(diǎn)，表面修飾原子級(jí)分散鐵（Fe）并連接基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）響應(yīng)肽（P1-PEG）的納米平臺(tái)（FAQD-1）。該設(shè)計(jì)通過三大核心機(jī)制實(shí)現(xiàn)高效癌癥治療：1、超聲可控的化學(xué)動(dòng)力學(xué)催化：FAQD 表面的原子級(jí)分散 FeIII在無超聲時(shí)保持穩(wěn)定。在超聲作用下，F(xiàn)eIII接受電子還原為 FeII，觸發(fā)芬頓反應(yīng)分解腫瘤內(nèi)高濃度 H?O?產(chǎn)生羥基自由基，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn) CDT。超聲停止后，F(xiàn)eII可再轉(zhuǎn)化為 FeIII，形成可逆價(jià)態(tài)循環(huán)，持續(xù)響應(yīng)超聲調(diào)控。2、增強(qiáng)的聲動(dòng)力學(xué)療效：銀（Ag）摻雜在 ZnSe 中形成中間能級(jí)，像 “磁體” 一樣束縛激子、抑制非輻射復(fù)合，延長激子壽命，顯著提升單線態(tài)氧（1O?）產(chǎn)生效率，增強(qiáng) SDT 效果。同時(shí)，F(xiàn)eIII催化 H?O?分解產(chǎn)生氧氣（O?），緩解腫瘤缺氧，為O?依賴的 SDT 提供充足 “燃料”。3、免疫協(xié)同抑制轉(zhuǎn)移：ZnSe 中的硒（Se）作為免疫調(diào)節(jié)分子，在局部治療后觸發(fā)全身性抗腫瘤免疫反應(yīng)有效抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，尤其對(duì)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移灶（如肺轉(zhuǎn)移）有顯著抑制作用。
該研究首次實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分散催化劑的超聲可控價(jià)態(tài)切換，解決傳統(tǒng)催化療法 “失控” 問題；通過銀摻雜與鐵催化協(xié)同，同步提升 SDT 與 CDT 效率；將局部治療與全身免疫結(jié)合，為攻克腫瘤轉(zhuǎn)移提供新策略，向精準(zhǔn)、高效、低毒的癌癥治療目標(biāo)邁出關(guān)鍵一步。
論文詳情：Dong Wang, Lei Ji, You Li, Meng Xu, Hao Wang, Sergio Brovelli*, Zeng-Ying Qiao*, Jiatao Zhang* and Yadong Li. Nature Nanotechnology 2025, DOI: 10.1038/s41565-025-01943-y.
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41565-025-01943-y
附作者簡介：
張加濤，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院院長，特聘教授，英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士，國家級(jí)領(lǐng)軍人才。主要從事半導(dǎo)體納米材料合成化學(xué)、組裝及其光電新能源、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。以第一/通訊作者在Nature, Science, Nat. Nanotechnol., Chem. Rev., Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Chem, Angew. Chem., Adv. Mater.等國際頂級(jí)SCI學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文150余篇，研究工作已被他人引用一萬六千余次。目前擔(dān)任中國材料研究學(xué)會(huì)納米材料與器件分會(huì)副理事長，中國化學(xué)會(huì)理事，中國化工學(xué)會(huì)化學(xué)工程專業(yè)委員會(huì)委員，中國化工學(xué)會(huì)智能制造專委會(huì)委員，中國金屬學(xué)會(huì)功能材料分會(huì)委員等職。Science合作期刊Energy Material Advances 期刊執(zhí)行副主編，Nano Res., PNS: MI, Rare Metals 3個(gè)SCI期刊編委。榮獲2019國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）新材料及合成杰出獎(jiǎng)、中國材料學(xué)術(shù)聯(lián)盟IFAM2018青年科學(xué)家獎(jiǎng)、2023/24年科睿唯安全球高被引科學(xué)家等。
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