豌豆状Au@Bi2S3纳米反应器中肖特基势垒增强光动力疗法用于肝细胞癌治疗

为解决传统光动力疗法（PDT）中光敏剂电荷分离效率低的问题，研究人员通过构建豌豆状Au@Bi2S3纳米反应器，利用界面Au-S共价键形成肖特基结，显著抑制电子-空穴复合并提升ROS产量。实验表明，该材料在光照下对HepG-2细胞的抑制效果是Bi2S3的2倍，并通过激活Hippo/Yap通路诱导内质网应激与自噬，最终促进肿瘤细胞凋亡。这一研究为肝细胞癌（HCC）的精准治疗提供了新策略。

　　

肝细胞癌（HCC）是全球肿瘤相关死亡的主要原因之一，现有治疗手段如手术切除和化疗存在复发率高、副作用大等局限。光动力疗法（PDT）因其微创性和空间选择性成为研究热点，但其疗效受限于传统光敏剂电荷分离效率低导致的活性氧（ROS）生成不足。针对这一挑战，中国科学技术大学附属第一医院的研究团队设计了一种新型纳米材料——豌豆状Au@Bi₂S₃纳米反应器，通过肖特基结工程显著提升PDT效率，相关成果发表于《Materials Today Bio》。

研究团队采用水热法合成Bi₂S₃纳米颗粒，并通过原位生长金纳米颗粒构建Au@Bi₂S₃异质结。利用密度泛函理论（DFT）和COMSOL模拟证实界面电子转移机制，通过X射线光电子能谱（XPS）和紫外光电子能谱（UPS）分析能带结构。体外实验采用HepG-2细胞评估光毒性，并通过RNA测序分析信号通路。动物实验使用BALB/c裸鼠构建HCC异种移植模型，结合器官样模型验证疗效。

3.1 合成与表征
通过Au与Bi₂S₃界面形成的共价键（电子转移量0.4 eV）建立肖特基势垒，瞬态光电流测试显示Au@Bi₂S₃的光电流密度是Bi₂S₃的2倍，证实其高效电荷分离能力。

3.2 体外抗肿瘤活性
在64 μg/mL浓度下，光照30分钟的Au@Bi₂S₃组使HepG-2细胞存活率降至41%，且ROS产量翻倍。克隆形成实验显示其显著抑制肿瘤增殖（p<0.0001）。

3.3 体内疗效与安全性
皮下移植瘤模型中，Au@Bi₂S₃联合光照使肿瘤重量减少50%以上（p<0.001），且血清ALT/AST指标无异常，H&E染色证实主要器官无损伤。

3.4 机制解析
RNA测序揭示Hippo/Yap通路激活，Western blot显示p-MST1/2和p-Yap表达上调。使用抑制剂XMU-MP-1后，凋亡率降低50%，证实该通路的关键作用。

3.5 ROS与细胞应激
电子顺磁共振（EPR）检测到·O₂^-和¹O₂生成，透射电镜（TEM）显示线粒体嵴断裂，内质网应激标志蛋白CHOP表达增加2.3倍。

该研究创新性地将半导体材料肖特基结工程应用于肿瘤治疗，通过精确调控电子转移路径提升ROS生成效率。其临床转化潜力体现在：① PEG修饰确保生物相容性；② 组分（Au和Bi₂S₃）已获FDA批准用于其他适应症；③ 器官样模型验证了治疗特异性。这项工作为纳米催化医学提供了范式，未来可通过优化光照参数进一步克服肿瘤缺氧微环境限制。