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圖1. 具有高效活性氧產生能力的DHMS用于多模態(tài)成像引導的癌癥治療的示意圖

近年來，聲動力治療（SDT）作為一種新興的非侵入性癌癥治療手段發(fā)展迅速。然而，腫瘤中的乏氧環(huán)境極大的限制了具有氧氣依賴性特征的SDT抗癌效率，此外，SDT過程中氧氣的消耗會進一步加重腫瘤的生長和轉移。目前，有兩種主要策略可提高SDT中腫瘤區(qū)域的氧氣含量。一種是使用載體將氧氣分子直接遞送至腫瘤部位以增加氧氣濃度，另一種是使用可催化過氧化氫分解的納米材料與聲敏劑結合以實現(xiàn)原位氧氣生成。然而，目前已報道聲敏劑普遍存在制備復雜，易泄露，成本高和不穩(wěn)定等缺點，制約了其實際應用。針對以上難題，研究團隊以金屬有機框架ZIF-8為模板原位生長Mn2+，開發(fā)了具有腫瘤部位自產氧性能的雙層中空硅酸錳納米顆粒（DHMS）。該生物材料具有以下特色：1）在超聲波輻射下，DHMS可通過介孔中空結構增強空化作用來提高活性氧的產率，并且Mn元素的存在有利于電子和空穴的分離；2）DHMS具有高效催化腫瘤內過氧化氫分解產生氧氣的能力，可以改善腫瘤乏氧以提高SDT的效率；3）DHMS具有出色的超聲成像和核磁共振成像能力，可用于多模態(tài)成像引導的癌癥治療。

體外和體內研究表明，DHMS表現(xiàn)出高效的聲動力性能和產氧能力，DHMS介導的聲動力治療具有良好的生物安全性以及較高的腫瘤抑制效果。這項工作對用于腫瘤乏氧治療的具有高活性氧產生能力的多功能聲敏劑的簡單構建具有借鑒作用。

圖2. DHMS的制備以及形貌表征

要點：DHMS是一種以金屬有機框架為模板，制備簡單的雙層中空硅酸錳納米顆粒，其具有高的比表面積和孔結構。

圖3. DHMS體外聲動力性能以及機制探究

要點：DHMS的單線態(tài)氧生成水平在超聲作用下提高了339.3%，羥基自由基產量也得到明顯增強。此外，與不含錳元素的中空硅納米顆粒相比，DHMS的單線態(tài)氧生成效率提高了59.5%。DHMS不僅可以通過增強的空化作用來提高活性氧的產率，而且存在的Mn可以被空穴部分氧化，從而促進了電子和空穴的分離以產生大量的活性氧。

圖4. DHMS在細胞水平的SDT效果

要點：DHMS表現(xiàn)出相對良好的生物安全性。在超聲照射下，能夠在胞內有效產生活性氧實現(xiàn)聲動力治療。

圖5. DHMS產氧及成像性能研究

要點：DHMS可以有效催化過氧化氫分解生成氧氣，并且在體內外表現(xiàn)出良好的超聲成像和核磁共振成像能力。

圖6. DHMS在4T1腫瘤模型中的SDT效果

要點：DHMS可以有效積累在小鼠腫瘤部位并在超聲照射下實現(xiàn)了92.0%的腫瘤抑制效率。所有動物實驗均經中國人民解放軍總醫(yī)院動物倫理委員會批準。

劉惠玉教授，北京化工大學博士生導師，國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者。2007年獲得中國科學院理化技術研究所博士學位，畢業(yè)后留所工作。2015年被聘為北京化工大學生命學院教授。長期從事納米生物材料的合成，在光/聲控腫瘤治療方向取得了重要進展。在Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，ACS Nano等國際期刊發(fā)表論文80余篇，引用5000余次，當期1% ESI高被引論文7篇，H因子33。兼任SCI期刊Journal of Nanoscience and Nanotechnology?？妥庉?，生物化工青年工作委員會委員，中國生物醫(yī)學工程學會青年委員會委員，北京粉體技術協(xié)會第二屆理事會理事，北京生物醫(yī)學工程學會組織工程專業(yè)委員會委員，納米毒理委員會青年委員，中國醫(yī)藥生物技術協(xié)會納米生物技術分會常務委員。曾獲中國科學院盧嘉錫青年人才獎，中國科學院“青年創(chuàng)新促進會”首屆優(yōu)秀會員，北京市科技新星等榮譽稱號。