透明质酸功能化钒酸铋/二硫化钼纳米异质结实现缺氧肿瘤高效光疗

为解决肿瘤缺氧限制光动力疗法(PDT)疗效的难题，研究人员开发了一种新型BiVO4/MoS2@HA(BM@HA)纳米异质结系统。该材料通过p-n异质结促进电子转移，在808 nm激光照射下实现51.9%的光热转换效率，同时催化水解产氧并生成活性氧(ROS)。动物实验证实其优异的肿瘤靶向性和光热/光动力协同治疗效果，蛋白质组学揭示其通过激活PPID通路诱导肿瘤细胞坏死性凋亡。该研究为克服肿瘤缺氧提供了创新解决方案。

　　

肿瘤微环境中的缺氧问题长期制约着光动力疗法(PDT)的临床应用。口腔鳞状细胞癌(OSCC)作为头颈部常见恶性肿瘤，其快速增殖导致的缺氧微环境不仅会激活HIF-1α信号通路促进转移，更会显著降低PDT依赖的活性氧(ROS)生成效率。传统增氧策略如高压氧疗法存在操作复杂、副作用大等局限，而单纯光热疗法(PTT)又难以实现彻底治愈。面对这一临床困境，兰州大学口腔医学院的研究团队创新性地将半导体光催化技术与纳米医学相结合，设计出具有缺氧调控功能的纳米异质结系统，相关成果发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》上。

研究团队采用分子动力学模拟指导材料设计，通过水热/溶剂热法合成BiVO₄/MoS₂异质结，并利用紫外光引发聚合进行HA表面修饰。通过TEM、XRD、XPS等技术表征材料特性，采用红外热成像和溶解氧测定评估光热/催化性能。体外实验使用Cal-27、SAS等OSCC细胞系，建立裸鼠移植瘤模型验证治疗效果，并运用蛋白质组学分析作用机制。

材料合成与表征
VASP模拟显示BM@HA结合能为-22.68 eV，证实结构稳定性。TEM观察到BiVO₄纳米颗粒(<10 nm)锚定在MoS₂纳米片表面，HRTEM显示0.254 nm(BiVO₄的121晶面)和0.615 nm(MoS₂的002晶面)的晶格条纹。XPS证实MoS₂向BiVO₄的电子转移，VB位置测定揭示1.38 eV窄带隙特性。

光学性能调控
25BM@HA(25% BiVO₄掺杂)在808 nm处吸收最强，光热转换效率达51.9%。激光照射下产生·OH为主ROS，溶解氧检测证实水解产氧能力(1.4 mg/L)。能带分析显示MoS₂(CB:-0.53 eV)与BiVO₄(VB:2.67 eV)形成Z型异质结，促进电荷分离。

肿瘤细胞效应
CD44靶向使25BM@HA在OSCC细胞的摄取量较正常细胞(L929)提高3倍。50 μg/mL浓度联合NIR照射使Cal-27细胞存活率降至20%，缺氧条件下仍保持37.4%抑制率。Western blot显示HIF-1α表达下调60%，Nrf2/HO-1通路激活证实氧化应激响应。

体内治疗效果
尾静脉注射12小时后肿瘤部位富集量达峰值，808 nm照射使瘤体温度升至48°C。治疗14天后肿瘤体积缩小80%，HE染色显示广泛坏死，Ki-67表达降低75%。免疫荧光证实HIF-1α表达显著抑制，主要脏器未见病理损伤。

作用机制解析
蛋白质组学鉴定出39个差异蛋白，PPID(肽基脯氨酰异构酶D)表达上调2.1倍。KEGG分析富集在坏死性凋亡通路，Western blot验证RIPK1/RIPK3/MLKL信号激活。分子机制表明25BM@HA通过PPID-mPTP轴诱导线粒体膜通透性改变，协同光热效应引发肿瘤细胞坏死性凋亡。

该研究突破性地将半导体光催化技术应用于肿瘤治疗，首创性地实现NIR激发的原位水解供氧。BM@HA不仅通过"光热增氧-催化补氧"双途径克服PDT缺氧限制，更通过调控PPID相关坏死性凋亡通路增强治疗效果。这种"纳米催化医学"策略为实体瘤治疗提供新思路，其模块化设计理念可拓展至其他缺氧相关疾病治疗。特别值得注意的是，25BM@HA在维持51.9%超高光热效率的同时，首次实现808 nm激发的深组织水解产氧，为开发新型智能响应型纳米药物奠定基础。