仿生纳米颗粒通过FZD2-TYR-黑色素通路预防蓝光诱导的皮肤色素沉着

为解决肿瘤微环境(TME)中声敏剂活性氧(ROS)产率低和抗氧化防御机制限制声动力治疗(SDT)疗效的问题，研究人员开发了铈掺杂铋基异质结纳米材料BiF3:Ce-BiOI-PEG(BCOP)。该材料通过能带工程和界面工程策略，实现了声动力-化学动力协同治疗，显著增强ROS生成并激活免疫原性细胞死亡(ICD)，为深部肿瘤治疗提供了新型纳米平台。

　　

在肿瘤治疗领域，传统放疗和化疗常伴随严重的全身毒副作用，而新兴的声动力治疗(SDT)虽具有组织穿透深度大、时空可控性强等优势，却受限于声敏剂的低活性氧(ROS)产率和肿瘤微环境(TME)中的抗氧化防御机制。特别是深部肿瘤治疗中，半导体声敏剂存在载流子复合率高、ROS产量不足、TME适应性差等关键瓶颈。如何通过材料设计协同提升声催化效率与微环境响应性，成为突破SDT疗效壁垒的核心挑战。

针对这一科学问题，上海大学医学院附属嘉定中心医院麻醉科的Xueyu Li、Qing Miao等团队在《Materials Today Bio》发表研究，创新性地构建了铋基异质结纳米材料BiF₃:Ce-BiOI-PEG(BCOP)。该研究通过离子交换法实现铈(Ce³⁺)掺杂调控能带结构，并利用F^-/I^-置换构建紧密异质结界面，形成具有内置电场的II型异质结。材料表征显示BCOP粒径约25纳米，含70% BiOI和30% BiF₃:Ce相，PEG修饰后水合直径达55纳米且稳定性良好。

关键技术方法包括：1) 共沉淀结合离子交换法制备异质结；2) 电子自旋共振(ESR)和电化学测试分析ROS生成机制；3) 双侧4T1乳腺癌小鼠模型评估体内疗效；4) 转录组测序(RNA-seq)解析分子机制；5) 流式细胞术检测树突状细胞(DC)成熟和T细胞活化。

2.1 合成与表征

通过Ce³⁺掺杂(20%)使BiF₃带隙从3.57 eV降至3.09 eV，异质结构建后进一步降至2.23 eV。HRTEM观察到BiF₃ (111)晶面(0.32 nm)与BiOI (110)晶面(0.28 nm)的共存，XPS证实了Bi-F和Bi-O-I键的协同作用。

2.2 声催化性能

超声(US)激发下，BCOP消耗DPBF量是Bi₂O₃的2.2倍，产生单线态氧(¹O₂)和超氧阴离子(•O₂^-)。莫特-肖特基测试显示BiF₃:Ce导带位置-0.34 eV(vs SHE)，与BiOI(-0.41 eV)形成II型异质结，瞬态声电流强度达BiF₃:Ce的2倍。

2.3 化学动力治疗

在pH 5.5条件下，BCOP通过Ce³⁺/Ce⁴⁺循环催化H₂O₂产生羟基自由基(•OH)，ESR检测到典型1:2:2:1信号。同时通过Bi³⁺配位和空穴(h⁺)氧化双路径消耗谷胱甘肽(GSH)，20分钟内GSH消耗率达47%。

2.4 体外疗效

BCOP+US处理使4T1细胞存活率降至9%，线粒体膜电位(ΔΨm)显著下降，凋亡率83%。免疫荧光显示钙网蛋白(CRT)膜转位和高迁移率族蛋白B1(HMGB1)核外释，ATP含量降至51%，证实诱导了免疫原性细胞死亡(ICD)。

2.5 体内疗效

双侧肿瘤模型显示BCOP+US组原发和远端肿瘤抑制率分别达84%和68%。流式检测到CD80⁺/CD86⁺ DCs比例显著增加，肿瘤组织中CD4⁺和CD8⁺ T细胞浸润增强，IFN-γ表达上调。

2.6 作用机制

RNA-seq分析发现促凋亡基因Tnfsf10和免疫激活基因CD80显著上调。GO分析显示氧化应激、程序性死亡和免疫细胞招募通路激活，KEGG证实抗原提呈通路富集。

该研究通过能带-界面协同调控策略，首次将稀土掺杂、异质结工程与TME响应性催化功能整合于单一纳米平台。BCOP不仅解决了声敏剂载流子分离效率低的核心问题，还通过双GSH消耗打破TME抗氧化屏障，实现了ROS爆发与免疫激活的级联效应。其创新性体现在：1) Ce³⁺掺杂和I^-交换协同优化能带结构；2) 声动力-化学动力-免疫治疗三模态协同；3) TME触发自降解增强生物安全性。这项工作为深部肿瘤的非侵入性治疗提供了新材料范式，也为多功能异质结设计提供了普适性策略。