综述：纳米钼氧化物的进展：肿瘤诊疗中的结构工程学突破

《Coordination Chemistry Reviews》：Advances in nano?molybdenum oxide: structural engineering progress in tumor theranostics

钼氧化物纳米材料在肿瘤诊疗中的应用研究综述，系统阐述其通过形态工程调控的光热、光动力、化学动力及超声动力协同治疗机制，分析量子点、纳米簇、纳米棒等不同形貌的诊疗性能差异，并评估其生物安全性及临床转化瓶颈。

　　纳米材料因其可精确调控的物理化学性质、形态多样性以及可编程的表面功能，在癌症的诊疗领域正迅速改变传统的治疗模式。在众多纳米材料中，基于钼氧化物（MoO?）的纳米系统已成为精准肿瘤学中的新星。通过合理的结构工程，这些材料在不同尺度上可以系统地优化其光学、电子和热性能。本文围绕“治疗原理—结构工程—生物安全性—临床瓶颈”的框架，梳理了利用结构化设计的钼氧化物纳米材料在肿瘤诊疗集成方面的最新进展。文章首先阐明了钼氧化物在化学动力学治疗（CDT）、光热治疗（PTT）、光动力学治疗（PDT）、声动力学治疗（SDT）以及免疫治疗中的作用机制。随后，文章解析了特定的结构设计如何影响肿瘤的诊断与治疗效果，包括量子点、零维纳米颗粒、超小纳米簇、一维纳米棒/纳米线、介孔纳米球、二维纳米片以及多组分杂化纳米复合材料。在此背景下，本文探讨了尺寸和缺陷工程对光热转换、药物负载、多模态成像及免疫激活带来的益处，强调了每种形态的独特优势，并解释了为何结构工程最终决定了基于钼氧化物的肿瘤诊疗效果。最后，文章汇总了血液相容性、药代动力学、肝肾代谢及生物降解的数据，以支持肿瘤特异性滞留与低毒性肾清除的特性。同时，本文还对阻碍钼氧化物纳米平台临床转化的瓶颈和挑战进行了深入分析。通过剖析结构工程策略与诊疗效果之间的内在联系，本文旨在为下一代基于钼氧化物纳米材料在肿瘤学中的发展提供机制性见解和转化性指导。

癌症是人类健康面临的主要威胁之一，其快速增殖、侵袭性以及转移能力会引发严重的身体损伤。传统的治疗手段主要包括手术、化疗和放疗。手术切除是早期癌症，特别是实体肿瘤的主要治疗方式，通过直接移除肿瘤病灶实现治疗。然而，对于已有转移的晚期患者，手术机会显著减少。此外，手术切除只能局限于局部治疗，对于血液系统恶性肿瘤并不适用。手术还伴随着较大的风险，如创伤引发的免疫抑制、肿瘤切除不彻底可能诱发复发等。化疗通过系统性给予化学药物，而放疗则利用各种离子辐射的能量水平来抑制和消除肿瘤细胞。然而，这两种方法都会不可避免地损伤快速分裂的正常细胞，导致严重的不良反应，如恶心、呕吐和脱发。因此，鉴于传统治疗方式的局限性和不良反应，开发具有靶向性和肿瘤特异性诊断与治疗的方法已成为迫切的需求。

细胞过程，包括呼吸作用、代谢途径、信号传导、基因表达调控、细胞周期进展和细胞凋亡执行，都以精确的协调方式共同维持正常的生理功能。这些看似自主却相互关联的生物事件，实质上受到细胞内活性氧（ROS）的显著调控。ROS在代谢过程中作为副产物，同时也扮演着重要的生理调节角色。通过与抗氧化系统和信号网络的相互作用，ROS动态维持氧化还原平衡，以确保细胞内活动的有序进行。然而，当ROS的生成超过细胞清除能力时，这种平衡就会被打破，导致氧化应激。过量的ROS会直接攻击细胞膜脂质，引发脂质过氧化，破坏膜的通透性，最终导致细胞坏死。ROS还会损害线粒体功能，减少三磷酸腺苷（ATP）的产生，同时增加线粒体膜通透性，促进细胞死亡信号的释放。此外，ROS还会与细胞内的蛋白质和核酸发生反应，导致结构和功能的改变，从而影响正常的细胞运作。因此，研究人员开发了多种基于ROS的医疗策略，以选择性地破坏恶性细胞，开辟了新的治疗途径。这些策略主要采用纳米材料，结合包括光热治疗（PTT）、光动力治疗（PDT）、化学动力治疗（CDT）、声动力治疗（SDT）以及免疫治疗在内的多种模式，以清除肿瘤。基于钼氧化物纳米材料的开发，特别在肿瘤靶向诊疗方面展现出广阔的前景。

纳米材料是指至少一个维度在纳米尺度（1–100纳米）范围内的材料，或者由这些材料组成的复合材料。根据材料的组成，纳米材料可以分为四类：金属纳米材料、非金属纳米材料、聚合物纳米材料和复合纳米材料等。金属纳米材料因其独特的光学和电子性能，成为材料科学中的主要研究方向。它们的特殊物理化学性质使其在多个领域具有广泛应用，包括电子设备、环境保护、交通运输、量子信息和航空航天等。在尺寸特性方面，金属纳米材料的超小尺寸有助于快速的肾清除，从而降低因累积而导致的长期毒性风险。此外，纳米尺度的特性还促进了肿瘤细胞的摄取，提高了药物输送效率和治疗效果。在内在特性方面，金属纳米材料具有较高的比表面积和反应活性，这有助于与生物系统相互作用，并引发一系列生物效应。例如，贵金属纳米簇（如金、银、铜）具有离散的电子能级、宽谱吸收和催化活性，使其在激光照射下能够高效地进行光热转换，产生局部高温以选择性地破坏肿瘤细胞。此外，金属纳米材料还可以作为药物载体用于靶向药物输送，从而提高药物疗效并减少副作用。总之，金属纳米材料的尺寸特性和内在特性赋予了其在肿瘤诊断和治疗中的独特优势。它们不仅可以通过多种机制有效杀伤肿瘤细胞，还能减少对正常组织的毒性，从而提高治疗的安全性和有效性。随着研究的深入和技术的不断进步，金属纳米材料将在肿瘤诊断和治疗领域发挥越来越重要的作用。

钼是一种重要的过渡金属元素，具有高强度、高硬度和良好的机械性能，同时具备优异的电导率和热导率，因此在铁、钢、电子和化工等领域具有关键作用。同时，钼在肿瘤诊断和治疗方面也展现出巨大的发展潜力。首先，在生理条件下，钼及其氧化物表现出相对稳定的化学性质。纳米级钼氧化物不会轻易与大多数生物物质发生有害的化学反应，从而减少对正常生理过程的干扰。此外，钼及其氧化物具有良好的生物相容性，不会引发显著的炎症或免疫反应，使得它们能够长时间与生物组织接触而不对周围健康结构造成严重损害。其次，钼氧化物纳米材料，特别是氧不足的钼氧化物（MoO?，2 ≤ x < 3），在近红外（NIR）区域内具有可调节的等离子共振特性。这使得它们能够高效地吸收NIR光并将其转化为热能，从而在肿瘤部位产生局部高温，实现对肿瘤细胞的热消融。第三，作为半导体材料，钼氧化物的带隙可以通过掺杂或表面修饰等方法进行调控，从而促进电子和空穴的相对容易分离。释放出的电子可以与肿瘤微环境（TME）中的过氧化氢（H?O?）、水和氧气发生反应，生成有毒的ROS，促进肿瘤细胞凋亡。第四，钼在生理上具有重要作用。它是几乎所有生物体的必需微量元素，同时也是如亚硫酸氧化酶、黄嘌呤氧化还原酶和醛氧化酶等酶的催化中心。钼的缺乏会导致多系统功能障碍。第五，钼的相对较高原子序数使其能够有效地吸收和散射X射线，从而增强肿瘤部位的成像对比度，有助于早期肿瘤诊断和精确定位。因此，钼氧化物纳米材料为肿瘤的综合诊断和治疗提供了坚实的平台。

本文首先概述了钼氧化物在肿瘤治疗中的新兴诊疗模式，并详细探讨了其在多种治疗方式中的多模式作用机制。接着，采用形态导向的分类方法，评估了量子点、纳米颗粒、纳米簇、纳米棒/纳米线、介孔球、纳米片以及复合结构等在肿瘤诊断和治疗策略中的应用，强调了每种结构工程策略带来的性能提升、内在限制以及特定的治疗或诊断应用。针对生物安全性这一关键问题，本文全面分析了钼氧化物纳米材料的吸收、分布、代谢和排泄动力学，特别关注血液浓度—时间药代动力学。最后，本文总结了当前的研究进展，深入分析了存在的主要限制，并提出了关于临床转化和未来研究方向的前瞻性观点。

截至目前，仅有两篇文献综述探讨了钼氧化物在抗肿瘤治疗中的应用。这些综述涵盖了纳米尺度钼氧化物在光热治疗中的最新进展，包括其分类、合成、表面修饰和肿瘤靶向机制。此外，它们还阐明了钼二氧化物纳米颗粒的光治疗原理和研究现状，涉及化学合成、作用机制及未来前景。然而，这两篇综述并未提供关于钼氧化物在动态或酶催化治疗中的研究进展的详细内容。

本文全面总结了具有不同形态的纳米钼氧化物在多种治疗方式中的作用机制，概述了其生物安全性，并讨论了未来面临的挑战，从而为肿瘤治疗中的应用提供了新的视角。本文的创新之处在于以下几个方面：（1）详细总结并讨论了纳米钼氧化物在多种肿瘤治疗策略中的作用原理。（2）突出了通过合理结构工程设计的纳米钼氧化物在肿瘤治疗中的应用。（3）对纳米钼氧化物在体内的行为、降解性、生物安全性评估进行了系统的药代动力学总结。（4）概述了纳米钼氧化物在肿瘤诊疗中的潜在优势和主要挑战。

基于其独特的物理化学性质、卓越的生物相容性、多功能性和跨学科整合优势，钼氧化物在肿瘤的诊断与治疗中展现出前所未有的潜力，为解决这一全球性挑战提供了新的希望和机会。将钼氧化物作为纳米药物应用于抗肿瘤治疗具有深远的意义。首先，本文全面回顾了基于钼氧化物的最新进展，为未来基于钼氧化物的抗肿瘤治疗策略的设计提供了新的视角。因此，本文将在智能药物、肿瘤治疗以及钼氧化物等热门领域引起广泛关注。