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  近日，海南大學吳錫龍教授團隊在Advanced Functional Materials上發表了題為“Photo/Sono/Magneto-Responsive Ternary Heteronanocrystals with S-Scheme Heterojunction for Penetrative and ROS-Amplified Tumor Ablation”的研究論文，研究圍繞活性氧（ROS）介導腫瘤消融面臨的缺氧抑制和深部遞送不足兩大挑戰，設計構建了一種光/聲/磁響應三元異質納米晶平臺（BPF）。該平臺創新性融合S型異質結與Fe基納米酶催化機制，并結合磁場和超聲協同驅動，實現了腫瘤深部遞送、ROS持續放大和多模態成像引導，為實體瘤精準治療提供了新的研究方案。研究團隊作者單位包括海南大學生物醫學工程學院、數字醫學工程全國重點實驗室，海南大學藥學院等相關平臺。吳錫龍教授為本文唯一通訊作者，邱碩（碩士研究生）、吳云娣（高級實驗師）和劉若燦博士為共同第一作者。該項工作得到了國家自然科學基金、海南省南海育才南海創新人才計劃教育領域項目、海南省重點研發項目、海南省自然科學基金創新研究團隊項目等支持。

圖1 光/聲/磁響應三元異質納米平臺BPF的構建及其用于黑色素瘤診療示意圖

  該BPF平臺以超薄黑磷納米片（BPNS）作為壓電還原組分，金屬有機框架PCN-224作為光敏氧化組分，二者形成S型異質結（S-scheme heterojunction）；超順磁性Fe₃O₄納米粒子錨定于異質結表面，賦予體系過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）樣活性。研究團隊系統表征了BPF的結構、光電化學性質、壓電性能和S型異質結的電荷轉移機制，并在體外細胞模型、三維多細胞腫瘤球以及多種小鼠黑色素瘤模型（原位瘤、遠端瘤、復發模型和肺轉移模型）中全面評估了其治療效果和免疫激活能力。

圖2 BPF的電性能與電荷轉移機制

  在光電流響應測試中，BPF經660 nm激光和超聲聯合激發后，S型異質結的內建電場有效促進光/聲激發載流子的定向遷移，抑制電子-空穴復合，顯著增強單線態氧和羥基自由基的產生。超聲照射10分鐘后，BPF的單線態氧生成效率約為BP的1.5倍、PCN-224的3倍。Fe₃O₄組分在酸性條件下通過Fenton反應催化H₂O₂生成羥基自由基，同時其CAT樣活性分解H₂O₂產生O₂以緩解乏氧，并有效消耗GSH削弱腫瘤的抗氧化防御。

圖3 聲磁驅動BPF增強腫瘤滲透及殺傷作用的效應

  在三維腫瘤球模型中，超聲與磁場聯合驅動下BPF的穿透深度和熒光強度遠超單一驅動或無驅動組，并且磁場引導可顯著增強B16F10細胞對BPF的攝取。在過氧化氫存在下，BPF與超聲波和激光治療結合具有顯著的腫瘤殺傷效果，且能夠抑制腫瘤球的生長。

圖4 BPF的體內成像與抗腫瘤效果評估

  在體內抗腫瘤實驗中，BPF聯合磁場引導、激光和超聲的全模式治療組表現出最顯著的腫瘤抑制效果，小鼠存活率最高，組織學分析顯示該組腫瘤細胞大面積凋亡壞死。BPF還表現出MRI T₂加權成像（r₂ = 157.53 mM^-1·s^-1）和近紅外熒光成像的雙模態實時引導能力。進一步的小鼠黑色素瘤模型系列實驗顯示，全模式治療組中CRT暴露和HMGB1釋放水平最高，成熟樹突狀細胞比例、CD8⁺細胞毒性T細胞和CD4⁺輔助T細胞浸潤均顯著升高，IFN-γ、TNF-α和IL-6等促炎細胞因子水平上調，抑制性IL-10下調。在腫瘤復發和再挑戰模型中，全模式治療組的復發腫瘤生長被顯著抑制，外周血效應記憶T細胞比例最高，表明形成了持久的免疫記憶。在肺轉移模型中，該組肺部轉移結節數量最少，肺組織結構接近正常。

圖5 BPF介導的體內免疫激活效果

  這項研究的亮點在于將“S型異質結增強電荷分離-Fe₃O₄納米酶放大ROS反應-磁/聲協同促進深部遞送-熒光/MRI雙模成像引導”有機整合為一個一體化診療平臺，不僅實現了超聲壓電催化（UPCT）、光動力治療（PDT）和化學動力學治療（CDT）的協同增效，也把局部腫瘤殺傷與全身抗腫瘤免疫激活連接起來。這項工作不僅提供一個高效ROS治療方案，也是一條從深部遞送、微環境調控到免疫記憶建立的連續治療新路徑，為實體瘤精準消融、復發預防和轉移抑制提供了新的研究思路和應用啟發。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.75094

通訊作者簡介：

  吳錫龍，海南大學生物醫學工程學院教授、研究員，博士生導師，博士后合作導師。入選海南省第四批“南海育才項目南海創新人才”，海南省高層次拔尖人才，海南大學C類高層次引進人才、微納米智能生物診療團隊PI。博士畢業于中國科學院長春應用化學研究所，師從陳學思院士，曾在中山大學從事博士后研究工作，主要研究領域包括微納米診療技術、智能個人防護裝備、類器官與環境健康等。以通訊作者/第一作者在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials、Small等期刊上發表論文30余篇，獲得國家授權發明專利17項，承擔多項國家自然科學基金面上項目、青年項目與地區項目、海南省重點研發項目、海南省南海育才項目和海南省自然科學基金創新研究團隊項目等。中國生物醫學工程學會類器官和器官芯片分會委員、海南省免疫學會分子免疫與轉化醫學專業委員會副主任委員、廣東省精準醫學應用學會類器官和器官芯片分會常務委員、海南自由貿易港知識產權法院技術調查官，同時擔任國家衛生健康委科技創新2030-“癌癥、心腦血管、呼吸和代謝性疾病防治研究”重大項目評審專家、國家重點研發計劃政府間國際科技創新合作重點專項評審專家、國家自然科學基金委面地青項目評審專家等。Research、Progress in Biochemistry and Biophysics（PIBB）、Exploration、BMEMat等學術期刊青年編委。獲得全國大學生生物醫學工程創新設計競賽一等獎（五項）指導教師、第十一屆“挑戰杯”海南省大學生課外學術科技作品競賽自然科學類特等獎指導教師、"海南省優秀研究生導師"等榮譽。