碳量子点自陷激子介导NIR-II光热电催化诱导细胞焦亡的肿瘤免疫治疗新策略

本文报道了一种具有高密度自陷激子（STEs）的碳量子点（CQDs），其NIR-II吸收波段实现51.2%的光热转换效率，通过定向热载流子迁移产生羟基自由基和超氧自由基，激活ROS/caspase-1/GSDMD通路触发肿瘤细胞焦亡（pyroptosis），并引发系统性抗肿瘤免疫。该研究为深度组织穿透的免疫治疗提供了新型光热电催化平台。

　　

自陷激子碳量子点的创新设计

通过柠檬酸和尿素在甲酸溶液中的溶剂热反应，成功构建了具有高密度自陷激子（STEs）的碳量子点（CQDs）。透射电镜显示其粒径为3.33±0.54 nm，X射线光电子能谱证实存在C═N（285.2 eV）和吡啶氮（399.4 eV）等关键结构。拉曼光谱中D*/D/G/D'峰的出现揭示了晶格畸变导致的时空对称性破缺，而g=1.997的电子顺磁共振信号则证实了自由基位点的存在，为STEs形成奠定基础。

突破性的光热电催化机制

瞬态吸收光谱发现STE态在750 nm处呈现多声子参与的缓慢衰减（~13 ps），这种强电子-声子耦合特性使其在1064 nm激光下实现51.2%的光热转换效率。温度梯度驱动的热载流子迁移产生显著塞贝克效应，电子迁移率（μ_e）显著高于空穴，促使羟基自由基（•OH）和超氧自由基（O₂^•-）的定向生成。电子自旋共振证实，40°C时自由基产量较室温提升3.8倍，突破传统光催化对能带结构的限制。

精准诱导免疫原性焦亡

在EMT6乳腺癌模型中，CQDs经静脉注射6小时后肿瘤富集率达8.7%ID/g。NIR-II照射（0.8 W cm^-2）引发显著的焦亡特征：免疫印迹显示切割型caspase-1上调4.2倍，GSDMD-N端片段表达量增加5.6倍；细胞实验显示乳酸脱氢酶（LDH）释放量达对照组的7.3倍，膜表面钙网蛋白（CRT）暴露率提升至82%。这种由ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD轴激活的焦亡，成功将"冷肿瘤"转化为免疫活性状态。

持久的抗肿瘤免疫记忆

在荷瘤小鼠治疗中，CQDs+NIR-II组14天内实现100%原发瘤消除。二次接种实验显示，对EMT6肿瘤（同源肿瘤）的抑制率保持100%，而对4T1肿瘤（异源肿瘤）无保护作用，证实抗原特异性免疫记忆。流式细胞术显示肿瘤浸润CD8⁺ T细胞比例从4.1%提升至28.7%，血清IL-1β水平升高6.5倍。重要器官H&E染色显示90天后仍无病理损伤，血液生化指标（ALT/AST等）与对照组无统计学差异（p>0.05）。

临床转化的突破性意义

该研究首次将自陷激子工程应用于NIR-II光热电催化，其温和热疗（<45°C）避免了传统光热疗法的组织碳化风险。通过热梯度精确控制载流子迁移的策略，为开发"免疫光催化剂"提供了新范式。基于碳基材料的生物安全性及可规模化生产特性，这种融合物理能量转换与免疫调控的多功能平台，为转移性肿瘤治疗提供了极具临床前景的解决方案。