北理工團隊在超聲控釋納米催化腫瘤治療領域取得突破
發(fā)布日期：2025-07-15 供稿：化學與化工學院 攝影：化學與化工學院
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近日，北京理工大學張加濤研究團隊在摻雜量子點納米化學研究的已有基礎（Adv. Mater. 2015, Nature Nanotech.2018, Chem 2020, Sci. Adv. 2024）上，與清華大學化學系李亞棟院士合作，在新型摻雜量子點合成及癌癥治療領域取得突破性進展，相關研究成果以 “Iron–silver-modified quantum dots act as efficient catalysts in anti-cancer multitherapy through controlled, ultrasound-induced oxidation” 為題在國際頂級期刊《Nature Nanotechnology》發(fā)表（DOI: 10.1038/s41565-025-01943-y）。該研究構建了一種集化學動力學療法、聲動力學療法與免疫療法于一體的鐵/銀雙摻雜量子點納米平臺，實現(xiàn)了對腫瘤的精準可控治療與轉移抑制，為癌癥多模式協(xié)同治療提供了全新的納米催化劑設計思路。北京理工大學化學與化工學院張加濤教授，國家納米科學中心喬增瑩研究員，米蘭比可卡大學 Sergio Brovelli 教授為論文共同通訊作者。
科學家們始終致力于探索高效、精準的癌癥治療方法?；瘜W動力學療法（CDT）與聲動力學療法（SDT）因能利用腫瘤微環(huán)境（TME）特性發(fā)揮作用而備受關注，但現(xiàn)有技術面臨諸多挑戰(zhàn)：CDT 依賴的催化劑進入腫瘤后易立即反應，難以精準控制；SDT 的傳統(tǒng)聲敏劑活性氧（ROS）產生效率低，且腫瘤缺氧微環(huán)境進一步限制療效；單一療法往往難以徹底清除腫瘤，尤其對轉移灶效果有限。近年來，單原子催化劑因原子利用率高、類酶活性強在生物醫(yī)學領域嶄露頭角，其中鐵基單原子催化劑在芬頓反應等催化過程中表現(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)生的催化反應通常效率較低，無法對腫瘤造成有效殺傷。如何實現(xiàn)催化劑的精準調控、協(xié)同多種療法優(yōu)勢，成為癌癥治療領域的關鍵難題。
圖1 設計思路與多種療法協(xié)同抗腫瘤的機理
針對上述挑戰(zhàn)，研究團隊基于在納米材料設計與腫瘤微環(huán)境調控領域的系列研究基礎，提出構建銀摻雜硒化鋅（ZnSe）量子點，表面修飾原子級分散鐵（Fe）并連接基質金屬蛋白酶（MMP）響應肽（P1-PEG）的納米平臺（FAQD-1）。該設計通過三大核心機制實現(xiàn)高效癌癥治療：1、超聲可控的化學動力學催化：FAQD 表面的原子級分散 FeIII在無超聲時保持穩(wěn)定。在超聲作用下，F(xiàn)eIII接受電子還原為 FeII，觸發(fā)芬頓反應分解腫瘤內高濃度 H?O?產生羥基自由基，實現(xiàn)精準 CDT。超聲停止后，F(xiàn)eII可再轉化為 FeIII，形成可逆價態(tài)循環(huán)，持續(xù)響應超聲調控。2、增強的聲動力學療效：銀（Ag）摻雜在 ZnSe 中形成中間能級，像 “磁體” 一樣束縛激子、抑制非輻射復合，延長激子壽命，顯著提升單線態(tài)氧（1O?）產生效率，增強 SDT 效果。同時，F(xiàn)eIII催化 H?O?分解產生氧氣（O?），緩解腫瘤缺氧，為O?依賴的 SDT 提供充足 “燃料”。3、免疫協(xié)同抑制轉移：ZnSe 中的硒（Se）作為免疫調節(jié)分子，在局部治療后觸發(fā)全身性抗腫瘤免疫反應有效抑制腫瘤轉移，尤其對遠端轉移灶（如肺轉移）有顯著抑制作用。
該研究首次實現(xiàn)原子級分散催化劑的超聲可控價態(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合，為攻克腫瘤轉移提供新策略，向精準、高效、低毒的癌癥治療目標邁出關鍵一步。
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，北京理工大學化學與化工學院院長，特聘教授，英國皇家化學會會士，國家級領軍人才。主要從事半導體納米材料合成化學、組裝及其光電新能源、生物醫(yī)學應用研究。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SCI學術期刊上發(fā)表論文150余篇，研究工作已被他人引用一萬六千余次。目前擔任中國材料研究學會納米材料與器件分會副理事長，中國化學會理事，中國化工學會化學工程專業(yè)委員會委員，中國化工學會智能制造專委會委員，中國金屬學會功能材料分會委員等職。Science合作期刊Energy Material Advances 期刊執(zhí)行副主編，Nano Res., PNS: MI, Rare Metals 3個SCI期刊編委。榮獲2019國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）新材料及合成杰出獎、中國材料學術聯(lián)盟IFAM2018青年科學家獎、2023/24年科睿唯安全球高被引科學家等。
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