双激活纳米马达作为光声成像引导的联合癌症治疗的治疗诊断平台

《Journal of Colloid and Interface Science》：Dual-activated nanomotors as a theranostic platform for photoacoustic imaging-guided combination cancer therapy

纳米马达协同NO释放与光热/超声空化效应增强肿瘤治疗效果。通过不对称碗状结构设计，利用近红外光热驱动马达自热迁移，结合超声空化促进活性氧（ROS）和NO释放，生成高毒性活性氮物种（RNS），并实现PA成像引导的精准治疗。

　　这项研究提出了一种新型的纳米机器人，它能够通过近红外光（NIR）和超声波（US）双重触发机制释放一氧化氮（NO），并结合光热治疗（PTT）和声动力治疗（SDT）来提高肿瘤治疗的效果。这种纳米机器人被称为ACIB，其结构为不对称的碗状，由紧密排列的金纳米颗粒组成，并负载了一种名为BNN6的一氧化氮供体。此外，纳米机器人还整合了靶向肽iRGD，以增强其在肿瘤组织中的靶向能力。

一氧化氮作为一种重要的气体信号分子，在生理过程中发挥着关键作用，包括血管调节、免疫反应和细胞通讯等。然而，在肿瘤治疗中，高浓度的一氧化氮能够诱导肿瘤细胞死亡，但其有限的生物半衰期和脱靶效应限制了其在临床中的应用。为了克服这些限制，研究者设计了一种能够在特定条件下释放一氧化氮的纳米机器人，以实现更有效的治疗效果。

在肿瘤微环境中，异常的血管结构和升高的间质压力导致了肿瘤组织中密集的细胞外基质（ECM）形成，这使得传统药物输送系统难以有效渗透到肿瘤内部，从而影响了治疗效果。相比之下，微纳米机器人可以通过将多种能量源转化为机械运动，实现药物输送和可控气体释放。特别是，不对称结构的纳米机器人能够在近红外光照射下，通过自热泳效应产生局部温度梯度，从而推动其在肿瘤组织中的运动，增强其在深层肿瘤部位的渗透能力。

除了近红外光的触发，超声波的引入也为纳米机器人的功能提供了额外的增强。超声波能够通过声空化效应促进纳米机器人释放一氧化氮，并且同时增强局部的反应性氧物种（ROS）生成。一氧化氮与ROS反应后可以形成更具毒性的反应性氮物种（RNS），从而进一步提高肿瘤细胞的死亡率。这种多模式治疗策略不仅结合了气体治疗、光热治疗和声动力治疗的优势，还通过光声成像技术实现了对治疗过程的精确引导，提高了治疗的可控性和效果。

在实验过程中，研究者通过一系列合成步骤制备了这种纳米机器人。首先，采用溶胶-凝胶模板法在二氧化硅纳米球表面沉积均匀的树脂薄膜，随后对二氧化硅核进行蚀刻，形成空心结构。接着，通过表面氨基化处理，使得金纳米颗粒能够附着在纳米结构上，最终形成具有不对称碗状结构的纳米机器人。通过透射电子显微镜（TEM）等技术对纳米机器人的形貌进行了表征，确认了其结构特征。

研究结果显示，这种不对称结构的纳米机器人在近红外光照射下能够产生显著的温度升高，表明其具有良好的光热治疗性能。同时，超声波的照射进一步增强了其释放一氧化氮的能力，并通过声空化效应提高了ROS的生成水平。这些因素共同作用，使得纳米机器人能够在肿瘤组织中实现更有效的药物输送和治疗反应。此外，光声成像技术的应用为治疗过程提供了实时的图像引导，使得研究人员能够准确监测纳米机器人在肿瘤组织中的分布和活动情况。

在治疗效果方面，实验表明这种纳米机器人在肿瘤组织中能够有效诱导细胞死亡，其机制包括氧化应激、氮应激以及多因素协同作用。一氧化氮和ROS的共同作用不仅提高了肿瘤细胞的死亡率，还增强了治疗的持久性和靶向性。与传统的单一治疗方式相比，这种整合多种治疗模式的策略显著提高了肿瘤治疗的效果，同时也减少了对正常组织的副作用。

这项研究为开发新型癌症治疗药物提供了重要的理论基础和实验支持。通过设计具有特殊结构和功能的纳米机器人，研究者成功地将多种治疗手段整合在一起，实现了对肿瘤组织的高效靶向治疗。此外，这种策略还具有良好的生物相容性和可控性，为未来的临床应用奠定了基础。

在材料选择方面，研究者使用了多种高纯度的化学试剂，包括四乙基正硅酸酯（TEOS）、三乙醇胺（(3-aminopropyl)triethoxysilane）、亚甲蓝（MB）溶液、邻苯二酚（resorcinol）等。这些材料的选择不仅确保了纳米机器人的稳定性和功能性，还为其在生物环境中的应用提供了保障。同时，纳米机器人中还加入了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等辅助材料，以增强其在体内的分散性和生物相容性。

在合成和表征过程中，研究者采用了多种先进的技术手段，包括透射电子显微镜（TEM）、光声成像等，以确保纳米机器人的结构和功能符合预期。这些技术的应用不仅提高了研究的精确度，还为未来的临床转化提供了重要的数据支持。此外，研究者还通过实验验证了纳米机器人在肿瘤组织中的渗透能力和治疗效果，为该技术的进一步优化和应用提供了依据。

这项研究的意义不仅在于其创新性的纳米机器人设计，还在于其对多种治疗手段的整合。通过将光热治疗、声动力治疗和气体治疗结合在一起，研究者提出了一种全新的肿瘤治疗策略，能够克服传统单一治疗方式的局限性。这种多模式治疗方式不仅提高了治疗效果，还增强了治疗的靶向性和安全性，为癌症治疗提供了新的思路和方法。

未来的研究方向可能包括进一步优化纳米机器人的结构和功能，以提高其在不同肿瘤类型中的适用性。此外，研究者还可以探索更多类型的气体供体和治疗手段的结合，以实现更广泛的治疗效果。同时，随着生物医学成像技术的不断发展，光声成像等技术的应用将为纳米机器人的实时监测和精准治疗提供更加可靠的支持。

总之，这项研究通过设计一种新型的纳米机器人，成功地将多种治疗手段整合在一起，实现了对肿瘤组织的高效治疗。其独特的不对称碗状结构和双重触发机制，不仅提高了纳米机器人的渗透能力和治疗效果，还为未来癌症治疗药物的开发提供了重要的参考和启示。