超声调控pH响应型氧化铈纳米颗粒多酶活性及其在肿瘤治疗中的生物学效应研究

针对氧化铈纳米颗粒(CeO2 NPs)酶活性调控难题，研究人员通过化学沉淀法合成纳米颗粒，系统探究超声辐照对其CAT/SOD/POD多酶活性、ROS清除能力及抗菌性能的影响。发现超声可增强其酶活性，pH环境决定催化方向——酸性条件下POD主导，碱性环境CAT/SOD占优，该特性使其在肿瘤细胞（酸性）与正常细胞（微碱）中呈现差异化的ROS清除效果，为肿瘤选择性治疗提供新策略。

　　

在生物医学领域，活性氧(ROS)的失衡与癌症、神经退行性疾病等密切相关，而传统抗氧化疗法面临靶向性差、成本高昂等挑战。氧化铈纳米颗粒(CeO₂ NPs)因其独特的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环特性，被誉为"全能型纳米酶"，但其催化活性的双向性和调控难题制约了临床应用。更棘手的是，现有光催化增强手段因组织穿透力弱难以作用于深层病灶。

为解决这些瓶颈，中国的研究团队在《Ultrasound in Medicine》发表创新研究。他们采用化学沉淀法合成CeO₂ NPs，通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)确认其晶体结构，建立不同参数的超声辐照实验体系。运用酶活性检测试剂盒定量分析CAT（过氧化氢酶）、SOD（超氧化物歧化酶）和POD（过氧化物酶）活性，结合CCK-8法评估生物相容性，采用DCFH-DA探针检测肿瘤细胞和巨噬细胞内ROS水平，并通过菌落形成实验验证抗菌效果。

超声增强多酶活性
研究发现20 kHz、1.5 W/cm²超声处理30分钟可使CeO₂ NPs的CAT活性提升2.3倍，其机制源于超声空化效应产生的局部高温高压促进Ce³⁺/Ce⁴⁺转换。

pH调控催化方向
在pH 4.5的酸性环境中，POD活性占主导（较CAT高68%），能催化H₂O₂生成毒性•OH；而在pH 7.4的微碱环境中，CAT/SOD活性显著增强，可分解H₂O₂为H₂O和O₂。

差异化ROS清除
该特性使CeO₂ NPs在肿瘤微环境（pH 6.5-7.0）中丧失ROS清除能力，却在正常组织（pH 7.4）中清除率达92%，这种"智能开关"效应为肿瘤选择性治疗奠定基础。

协同抗菌效应
超声处理后的纳米颗粒对金黄色葡萄球菌抑菌圈直径增加1.8倍，源于超声促进CeO₂ NPs穿透细菌生物膜并增强氧化应激。

这项研究开创性地证明超声可作为远程调控纳米酶活性的"分子开关"，其建立的pH响应型催化模式为肿瘤精准治疗提供新范式。未来通过优化超声参数与纳米颗粒形貌的匹配关系，有望开发出新一代非侵入式肿瘤治疗系统。研究获得国家自然科学基金（82402273、81971624）和湖北省自然科学基金（2024AFB883）支持。