Nature 子刊：铁 - 银量子点助力抗癌多重疗法

化学动力疗法和声动力疗法是两种有前途的肿瘤治疗策略。然而,高效声敏剂的缺乏和对化学动力学治疗的控制限制了它们的应用。2025年7月10日,北京理工大学张加涛、中国科学院纳米科学卓越中乔增莹、米兰比可卡大学Sergio Brovelli 共同通讯在Nature Nanotechnology(IF=34.9)在线发表题为“Iron–silver-modified quantum dots act as efficient catalysts in anti-cancer multitherapy through controlled, ultrasound-induced oxidation”的研究论文,该研究合成了具有原子级分散的表面铁的掺银硒化锌量子点,可作为有效的声敏剂、催化剂和免疫试剂。使用原位自组装肽的表面修饰驱动肿瘤中的累积。浅表FeIII保持稳定,只有在超声处理下才能转化为FeIII,超声停止后又恢复为FeII。在超声刺激下,表面Fe经历化合价变化,伴随着低氧肿瘤微环境的改善和声动力治疗有益的羟基自由基的产生。此外,银掺杂抑制了激子的非辐射复合,从而提高了单线态氧的产生。同时,硒促进强健的系统免疫反应,抑制肿瘤转移。这种纳米平台允许控制原子级分散的催化剂的化合价转换,代表了化学动力学/声动力学/免疫疗法的有效工具。

肿瘤微环境(TME)具有高水平的过氧化氢(H2O2)和缺氧,可保护肿瘤细胞免受放疗、化疗、光动力疗法和声动力疗法(SDT)等治疗的影响。同时,TME也为化学动力疗法(CDT)和催化疗法提供了有利的环境。尽管如此,目前的生物催化剂通常在进入肿瘤部位后立即反应,这使得很难控制反应。此外,仅仅依靠TME催化反应不足以完全破坏肿瘤,自然催化过程过于温和,无法实现高治疗效果。

由于原子利用率最高,单原子催化剂能够模拟酶活性和治疗肿瘤,因此在生物医学领域引起了关注。这些催化剂,尤其是铁基单原子催化剂,对芬顿反应和H2O2分解等反应表现出很高的催化性能。然而,富含H2O2的正常组织中不受控制的催化会带来风险。SDT使用超声波(US)作为外部控制,具有深层组织渗透等优势,但由于传统声敏剂产生的活性氧(ROS)效率低下,且肿瘤选择性有限,因此面临挑战。量子点因其可调特性和产生活性氧的能力而有望成为声敏剂。然而,大多数量子点遭受快速电子-空穴复合,减少活性氧产量。用异价金属掺杂量子点可以通过增加能量转移途径来增强它们的ROS生成。

FAQD-1的设计和治疗示意图(图源自Nature Nanotechnology)缺氧是实体肿瘤的典型病理生理学特征之一,由于依赖于O2的ROS形成,这给SDT造成巨大困难。通常,FeII可以催化H2O2产生O2,为SDT提供营养,FeII可以触发Fenton反应,为CDT产生·OH。此外,硒(Se)能够通过调节免疫相关细胞和分子来增强免疫反应,从而有可能改善转移性肿瘤的治疗。为了解决纳米催化剂/声敏剂的有限肿瘤滞留,原位自组装肽通过利用其动态和适应性行为来改善纳米材料的积累带来了希望。该研究精心设计并合成了一种独特的声敏剂、催化剂和免疫试剂,即自组装肽修饰的掺银ZnSe量子点中的原子表面铁。原子级分散的FeIII可以特异性催化H2O2提供O2,改善肿瘤的缺氧环境,实现高效的SDT。FeIII转化为原子级分散的FeII,由于芬顿反应,在TME过表达H2O2的情况下产生·OH。Ag掺杂形成了“中间能级”,增加了能量转移途径,抑制了激子的非辐射复合,导致产生更多的1O2。当FAQD-1 NPs到达肿瘤部位,亲水性PEG通过切除MMP-可裂解的肽而被去除,导致纳米聚集体的形成和FAQD在肿瘤部位累积的改善。高效的CDT和SDT导致了FAQD-1优异的局部抗肿瘤能力。此外,硒作为一种免疫分子引发了强大的全身抗肿瘤免疫反应,以抑制肿瘤。多重增强的化学动力学/声动力学/免疫疗法为肿瘤转移的治疗提供了新的前景。参考信息:

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