钙锰纳米平台诱导离子干扰增强骨肉瘤铁死亡及免疫治疗效应的机制研究

为解决骨肉瘤(OS)治疗中肿瘤微环境(TME)内源性H2O2不足限制离子干扰疗效的难题，复旦大学团队设计了一种新型HMnO2@CaO2纳米平台。该研究通过Ca2+超载引发内质网应激，协同Mn2+介导的Fenton样反应增强铁死亡，并促进肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)向M1型极化，同步实现磁共振成像(MRI)监测。该成果为骨肉瘤的精准治疗提供了创新策略，发表于《Journal of Advanced Research》。

　　

骨肉瘤作为最具侵袭性的恶性骨肿瘤，传统治疗面临手术切除不彻底、放化疗副作用大等瓶颈。近年来，通过扰乱肿瘤细胞离子稳态的"离子干扰疗法"崭露头角，但肿瘤微环境(TME)中H₂O₂的匮乏严重制约了该策略的疗效。更棘手的是，现有金属纳米材料往往需要外部刺激激活，且存在高金属含量与生物毒性平衡的难题。

针对这些挑战，复旦大学的研究团队创新性地构建了中空二氧化锰负载过氧化钙(HMnO₂@CaO₂)纳米平台。该研究证实，该纳米材料不仅能通过自供给H₂O₂增强铁死亡效应，还能激活抗肿瘤免疫应答，相关成果发表在《Journal of Advanced Research》。

研究团队采用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征材料特性，通过ICP-OES检测离子释放，结合RNA测序分析基因表达谱。体外实验采用CCK-8法评估细胞毒性，流式细胞术检测活性氧(ROS)和脂质过氧化水平，qRT-PCR验证关键基因表达。动物实验建立K7M2细胞移植瘤模型，通过MRI监测纳米材料体内分布，免疫荧光分析肿瘤免疫微环境变化。

Preparation and characterizations of HMnO₂@CaO₂
研究团队通过模板法合成中空MnO₂纳米壳，负载CaO₂后形成直径约250 nm的球形颗粒。元素映射显示Mn、Ca、O均匀分布，XPS证实Mn²⁺和Ca²⁺的化学状态。材料在酸性条件下表现出pH响应性降解特性。

The decomposition of HMnO₂@CaO₂ and generation of H₂O₂
在pH 5.6条件下，CaO₂快速分解释放H₂O₂和Ca²⁺，72小时内Mn²⁺释放量达85%。电子自旋共振(ESR)检测到显著增强的·OH信号，证实材料可引发"ROS风暴"。

In vitro cytotoxicity of HMnO₂@CaO₂ and amplified oxidative stress
纳米平台对K7M2细胞的IC₅₀为77.5 μg/mL，较单一组分显著降低。LiperFluo检测显示其诱导的脂质ROS水平是对照组的4.2倍，同时显著降低SOD、GSH等抗氧化因子。

Calcium overload burst ER stress and enhanced ferroptosis
Fluo-4 AM荧光探针显示Ca²⁺浓度升高5倍，伴随GRP78表达上调2.8倍。JC-1探针证实线粒体膜电位下降，FerroOrange检测显示Fe²⁺积累，GPX4表达下调67%。

Mechanism exploration for the synergistic treatment
RNA测序揭示1265个差异基因，富集于内质网应激和钙信号通路。ATP释放量增加3.5倍，促炎因子TNF-α、IL-1β表达显著上调，证实免疫原性细胞死亡(ICD)效应。

In vivo antitumor effect
动物实验显示肿瘤抑制率达82%，MRI显示8小时肿瘤区信号增强210%。免疫组化证实iNOS⁺ M1型巨噬细胞增加4倍，CD8⁺ T细胞浸润提高3.2倍，血清IFN-γ水平升高2.7倍。

这项研究开创性地将离子干扰、铁死亡和免疫调节三重机制整合于单一纳米平台。其重要意义在于：1) 突破TME中H₂O₂限制，实现自供给式ROS生成；2) 通过Ca²⁺/Mn²⁺协同作用放大治疗效果；3) 首次揭示Mn²⁺诱导的铁死亡可重编程免疫微环境；4) 集成诊断与治疗功能，为临床转化提供新范式。该策略为骨肉瘤等实体瘤的治疗开辟了新途径，展示了纳米医学在精准肿瘤治疗中的巨大潜力。