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圖1. 具有高效活性氧產(chǎn)生能力的DHMS用于多模態(tài)成像引導(dǎo)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(jìn)一步加重腫瘤的生長和轉(zhuǎn)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(jié)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(fù)雜，易泄露，成本高和不穩(wěn)定等缺點，制約了其實際應(yīng)用。針對以上難題，研究團(tuán)隊以金屬有機(jī)框架ZIF-8為模板原位生長Mn2+，開發(fā)了具有腫瘤部位自產(chǎn)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(jié)構(gòu)增強(qiáng)空化作用來提高活性氧的產(chǎn)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(nèi)過氧化氫分解產(chǎn)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(dǎo)的癌癥治療。

體外和體內(nèi)研究表明，DHMS表現(xiàn)出高效的聲動力性能和產(chǎn)氧能力，DHMS介導(dǎo)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(chǎn)生能力的多功能聲敏劑的簡單構(gòu)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(jī)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(jié)構(gòu)。

圖3. DHMS體外聲動力性能以及機(jī)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(chǎn)量也得到明顯增強(qiáng)。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(qiáng)的空化作用來提高活性氧的產(chǎn)率，而且存在的Mn可以被空穴部分氧化，從而促進(jìn)了電子和空穴的分離以產(chǎn)生大量的活性氧。

圖4. DHMS在細(xì)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(nèi)有效產(chǎn)生活性氧實現(xiàn)聲動力治療。

圖5. DHMS產(chǎn)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(nèi)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(jīng)中國人民解放軍總醫(yī)院動物倫理委員會批準(zhǔn)。

劉惠玉教授，北京化工大學(xué)博士生導(dǎo)師，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。2007年獲得中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士學(xué)位，畢業(yè)后留所工作。2015年被聘為北京化工大學(xué)生命學(xué)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(jìn)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(dāng)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(xué)工程學(xué)會青年委員會委員，北京粉體技術(shù)協(xié)會第二屆理事會理事，北京生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)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(shù)協(xié)會納米生物技術(shù)分會常務(wù)委員。曾獲中國科學(xué)院盧嘉錫青年人才獎，中國科學(xué)院“青年創(chuàng)新促進(jìn)會”首屆優(yōu)秀會員，北京市科技新星等榮譽(yù)稱號。