近日，海南大学吴锡龙教授团队在Advanced Functional Materials上发表了题为“Photo/Sono/Magneto-Responsive Ternary Heteronanocrystals with S-Scheme Heterojunction for Penetrative and ROS-Amplified Tumor Ablation”的研究论文，研究围绕活性氧（ROS）介导肿瘤消融面临的缺氧抑制和深部递送不足两大挑战，设计构建了一种光/声/磁响应三元异质纳米晶平台（BPF）。该平台创新性融合S型异质结与Fe基纳米酶催化机制，并结合磁场和超声协同驱动，实现了肿瘤深部递送、ROS持续放大和多模态成像引导，为实体瘤精准治疗提供了新的研究方案。研究团队作者单位包括海南大学生物医学工程学院、数字医学工程全国重点实验室，海南大学药学院等相关平台。吴锡龙教授为本文唯一通讯作者，邱硕（硕士研究生）、吴云娣（高级实验师）和刘若灿博士为共同第一作者。该项工作得到了国家自然科学基金、海南省南海育才南海创新人才计划教育领域项目、海南省重点研发项目、海南省自然科学基金创新研究团队项目等支持。

图1 光/声/磁响应三元异质纳米平台BPF的构建及其用于黑色素瘤诊疗示意图

  该BPF平台以超薄黑磷纳米片（BPNS）作为压电还原组分，金属有机框架PCN-224作为光敏氧化组分，二者形成S型异质结（S-scheme heterojunction）；超顺磁性Fe₃O₄纳米粒子锚定于异质结表面，赋予体系过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）样活性。研究团队系统表征了BPF的结构、光电化学性质、压电性能和S型异质结的电荷转移机制，并在体外细胞模型、三维多细胞肿瘤球以及多种小鼠黑色素瘤模型（原位瘤、远端瘤、复发模型和肺转移模型）中全面评估了其治疗效果和免疫激活能力。

图2 BPF的电性能与电荷转移机制

  在光电流响应测试中，BPF经660 nm激光和超声联合激发后，S型异质结的内建电场有效促进光/声激发载流子的定向迁移，抑制电子-空穴复合，显著增强单线态氧和羟基自由基的产生。超声照射10分钟后，BPF的单线态氧生成效率约为BP的1.5倍、PCN-224的3倍。Fe₃O₄组分在酸性条件下通过Fenton反应催化H₂O₂生成羟基自由基，同时其CAT样活性分解H₂O₂产生O₂以缓解乏氧，并有效消耗GSH削弱肿瘤的抗氧化防御。

图3 声磁驱动BPF增强肿瘤渗透及杀伤作用的效应

  在三维肿瘤球模型中，超声与磁场联合驱动下BPF的穿透深度和荧光强度远超单一驱动或无驱动组，并且磁场引导可显著增强B16F10细胞对BPF的摄取。在过氧化氢存在下，BPF与超声波和激光治疗结合具有显著的肿瘤杀伤效果，且能够抑制肿瘤球的生长。

图4 BPF的体内成像与抗肿瘤效果评估

  在体内抗肿瘤实验中，BPF联合磁场引导、激光和超声的全模式治疗组表现出最显著的肿瘤抑制效果，小鼠存活率最高，组织学分析显示该组肿瘤细胞大面积凋亡坏死。BPF还表现出MRI T₂加权成像（r₂ = 157.53 mM^-1·s^-1）和近红外荧光成像的双模态实时引导能力。进一步的小鼠黑色素瘤模型系列实验显示，全模式治疗组中CRT暴露和HMGB1释放水平最高，成熟树突状细胞比例、CD8⁺细胞毒性T细胞和CD4⁺辅助T细胞浸润均显著升高，IFN-γ、TNF-α和IL-6等促炎细胞因子水平上调，抑制性IL-10下调。在肿瘤复发和再挑战模型中，全模式治疗组的复发肿瘤生长被显著抑制，外周血效应记忆T细胞比例最高，表明形成了持久的免疫记忆。在肺转移模型中，该组肺部转移结节数量最少，肺组织结构接近正常。

图5 BPF介导的体内免疫激活效果

  这项研究的亮点在于将“S型异质结增强电荷分离-Fe₃O₄纳米酶放大ROS反应-磁/声协同促进深部递送-荧光/MRI双模成像引导”有机整合为一个一体化诊疗平台，不仅实现了超声压电催化（UPCT）、光动力治疗（PDT）和化学动力学治疗（CDT）的协同增效，也把局部肿瘤杀伤与全身抗肿瘤免疫激活连接起来。这项工作不仅提供一个高效ROS治疗方案，也是一条从深部递送、微环境调控到免疫记忆建立的连续治疗新路径，为实体瘤精准消融、复发预防和转移抑制提供了新的研究思路和应用启发。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75094

通讯作者简介：

  吴锡龙，海南大学生物医学工程学院教授、研究员，博士生导师，博士后合作导师。入选海南省第四批“南海育才项目南海创新人才”，海南省高层次拔尖人才，海南大学C类高层次引进人才、微纳米智能生物诊疗团队PI。博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所，师从陈学思院士，曾在中山大学从事博士后研究工作，主要研究领域包括微纳米诊疗技术、智能个人防护装备、类器官与环境健康等。以通讯作者/第一作者在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials、Small等期刊上发表论文30余篇，获得国家授权发明专利17项，承担多项国家自然科学基金面上项目、青年项目与地区项目、海南省重点研发项目、海南省南海育才项目和海南省自然科学基金创新研究团队项目等。中国生物医学工程学会类器官和器官芯片分会委员、海南省免疫学会分子免疫与转化医学专业委员会副主任委员、广东省精准医学应用学会类器官和器官芯片分会常务委员、海南自由贸易港知识产权法院技术调查官，同时担任国家卫生健康委科技创新2030-“癌症、心脑血管、呼吸和代谢性疾病防治研究”重大项目评审专家、国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项评审专家、国家自然科学基金委面地青项目评审专家等。Research、Progress in Biochemistry and Biophysics（PIBB）、Exploration、BMEMat等学术期刊青年编委。获得全国大学生生物医学工程创新设计竞赛一等奖（五项）指导教师、第十一届“挑战杯”海南省大学生课外学术科技作品竞赛自然科学类特等奖指导教师、"海南省优秀研究生导师"等荣誉。