化學動力療法和聲動力療法是兩種有前途的腫瘤治療策略。然而,高效聲敏劑的缺乏和對化學動力學治療的控制限制了它們的應用。2025年7月10日,北京理工大學張加濤、中國科學院納米科學卓越中喬增瑩、米蘭比可卡大學Sergio Brovelli?共同通訊在Nature Nanotechnology(IF=34.9)在線發表題為“Iron–silver-modified quantum dots act as efficient catalysts in anti-cancer multitherapy through controlled, ultrasound-induced oxidation”的研究論文,該研究合成了具有原子級分散的表面鐵的摻銀硒化鋅量子點,可作為有效的聲敏劑、催化劑和免疫試劑。使用原位自組裝肽的表面修飾驅動腫瘤中的累積。淺表FeIII保持穩定,只有在超聲處理下才能轉化為FeIII,超聲停止后又恢復為FeII。在超聲刺激下,表面Fe經歷化合價變化,伴隨著低氧腫瘤微環境的改善和聲動力治療有益的羥基自由基的產生。此外,銀摻雜抑制了激子的非輻射復合,從而提高了單線態氧的產生。同時,硒促進強健的系統免疫反應,抑制腫瘤轉移。這種納米平臺允許控制原子級分散的催化劑的化合價轉換,代表了化學動力學/聲動力學/免疫療法的有效工具。

腫瘤微環境(TME)具有高水平的過氧化氫(H2O2)和缺氧,可保護腫瘤細胞免受放療、化療、光動力療法和聲動力療法(SDT)等治療的影響。同時,TME也為化學動力療法(CDT)和催化療法提供了有利的環境。盡管如此,目前的生物催化劑通常在進入腫瘤部位后立即反應,這使得很難控制反應。此外,僅僅依靠TME催化反應不足以完全破壞腫瘤,自然催化過程過于溫和,無法實現高治療效果。

由于原子利用率最高,單原子催化劑能夠模擬酶活性和治療腫瘤,因此在生物醫學領域引起了關注。這些催化劑,尤其是鐵基單原子催化劑,對芬頓反應和H2O2分解等反應表現出很高的催化性能。然而,富含H2O2的正常組織中不受控制的催化會帶來風險。SDT使用超聲波(US)作為外部控制,具有深層組織滲透等優勢,但由于傳統聲敏劑產生的活性氧(ROS)效率低下,且腫瘤選擇性有限,因此面臨挑戰。量子點因其可調特性和產生活性氧的能力而有望成為聲敏劑。然而,大多數量子點遭受快速電子-空穴復合,減少活性氧產量。用異價金屬摻雜量子點可以通過增加能量轉移途徑來增強它們的ROS生成。

FAQD-1的設計和治療示意圖(圖源自Nature Nanotechnology)缺氧是實體腫瘤的典型病理生理學特征之一,由于依賴于O2的ROS形成,這給SDT造成巨大困難。通常,FeII可以催化H2O2產生O2,為SDT提供營養,FeII可以觸發Fenton反應,為CDT產生·OH。此外,硒(Se)能夠通過調節免疫相關細胞和分子來增強免疫反應,從而有可能改善轉移性腫瘤的治療。為了解決納米催化劑/聲敏劑的有限腫瘤滯留,原位自組裝肽通過利用其動態和適應性行為來改善納米材料的積累帶來了希望。該研究精心設計并合成了一種獨特的聲敏劑、催化劑和免疫試劑,即自組裝肽修飾的摻銀ZnSe量子點中的原子表面鐵。原子級分散的FeIII可以特異性催化H2O2提供O2,改善腫瘤的缺氧環境,實現高效的SDT。FeIII轉化為原子級分散的FeII,由于芬頓反應,在TME過表達H2O2的情況下產生·OH。Ag摻雜形成了“中間能級”,增加了能量轉移途徑,抑制了激子的非輻射復合,導致產生更多的1O2。當FAQD-1 NPs到達腫瘤部位,親水性PEG通過切除MMP-可裂解的肽而被去除,導致納米聚集體的形成和FAQD在腫瘤部位累積的改善。高效的CDT和SDT導致了FAQD-1優異的局部抗腫瘤能力。此外,硒作為一種免疫分子引發了強大的全身抗腫瘤免疫反應,以抑制腫瘤。多重增強的化學動力學/聲動力學/免疫療法為腫瘤轉移的治療提供了新的前景。
參考信息:

https://www.nature.com/articles/s41565-025-01943-y#Sec48