《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer》：Potential molecular mechanisms of malignant evolution in pulmonary nodules: from precancerous lesions to invasive adenocarcinoma
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MXene基纳米药物与声动力疗法协同抗癌机制及多模态平台研究进展，系统综述MXene作为声敏剂在单/联合疗法中的功能优化与临床转化挑战。
王学燕|李家璐|李茹|王宗华|李展峰
中国山东省青岛市青岛大学化学与化学工程学院，仪器分析中心，山东中日碳纳米材料合作研究中心，邮编266071。
摘要
基于MXene的功能性纳米药物在生物医学领域表现出色，这得益于其优异的性能（如良好的导电性、高电磁波吸收能力、丰富的表面官能团以及易于功能化）。与此同时，声动力疗法（SDT）凭借其快速、无创和深穿透的优势，展示了出色的治疗效果。因此，本文旨在总结MXene与这些技术在提高抗癌活性方面的协同作用。文章概述了基于MXene的功能性纳米药物在癌症治疗中的进展，系统地介绍了单一疗法和联合疗法的应用。同时，详细阐述了MXene作为新兴声敏剂在SDT和诊疗中的应用，重点讨论了多种提升治疗效果的创新设计。此外，还对MXene协调的多模式SDT平台进行了深入分析，并列举了在癌症治疗中的多项成功案例。值得注意的是，本文还提出了MXene与SDT协同应用中面临的一些挑战，强调了在临床抗肿瘤应用中需要更多的理论和技术创新。
引言
近年来，纳米技术彻底改变了癌症治疗领域，它不仅通过纳米级特性/结构提供了创新解决方案，还解决了与癌症诊断和治疗相关的传统问题。[1],[2],[3] 通常，纳米材料作为媒介，将纳米技术应用于癌症治疗，旨在为患者提供更有效、更安全的治疗选择。总体而言，抗癌纳米材料的主要应用包括：作为成像或造影剂帮助早期肿瘤检测、精确定位肿瘤组织或实时监测治疗进展；[4,5] 作为药物载体深入肿瘤内部，精确将药物输送到肿瘤细胞，减少对健康组织的毒性副作用，并提高药物疗效；[6,7] 携带多种治疗成分以实现联合治疗，或利用自身特性增强对癌细胞的杀伤效果。[8,9] 正因为这些显著的优势和前景，纳米材料辅助的癌症治疗方法不断发展和完善。
声动力疗法（SDT）是一种结合低强度超声波（US）的空化效应与分子或纳米材料（即声敏剂）的声敏特性的治疗策略，普遍认为超声波空化产生的声致发光能够以适当的能量激活声敏剂，从而发挥治疗作用。[10],[11],[12] 自20世纪80年代以来，这一研究领域迅速发展，相关机制、操作和治疗效果已有多项报道。[13,14] 类似于光动力疗法（PDT），SDT主要通过生成活性氧（ROS）来治疗无法切除的肿瘤，其治疗过程快速、无创且具有高度协同性。[15] 对于实体瘤、大型肿瘤或深部肿瘤，SDT更具优势，因为超声波的穿透组织深度大于光。[16] 聚焦超声波还能通过热效应或机械效应调节实体瘤内的细胞外基质和血管压力，从而增强靶向药物和/或氧气的输送。[17] 此外，超声波还可用于临床成像，因此SDT为癌症治疗的多模式方案提供了良好支持。[18] 除了超声波的能量输入外，SDT的性能还与声敏剂密切相关。迄今为止，已开发出多种用于SDT的分子或纳米材料，可归纳为有机声敏剂（如原卟啉IX、血红卟啉和氯醌e6）、[19,20] 无机分子或纳米材料（如TiO2、介孔硅和黑磷），[21,22] 以及混合分子或纳米材料（如Pd@Pt-TCPP、Cu-MOFs/Ce6和MnO2@transferrin-PpIX）。[23,24] 然而，成熟的SDT平台仍需要更多类型的声敏剂支持。近年来，许多二维（2D）纳米材料（如石墨烯、石墨碳氮化物、过渡金属氧化物、过渡金属硫属化合物和MXene）因独特的化学和物理性质而在多个领域得到应用，例如能量存储、传感器、纳米药物、催化剂、电磁屏蔽和水净化。[25,26] 其中，MXene自2011年首次问世以来，在生物医学应用中备受关注。[27,28] 目前已有大量基于MXene的治疗材料被用于化疗（CT）、化学动力学疗法（CDT）和免疫疗法（IT）。[29],[30],[31] 与其他2D材料相比，MXene凭借其优异的性能（如良好的金属导电性、可调的表面官能团、高载流子迁移率等），能够在治疗过程中实现高效的能量转换和能量驱动催化，因此其应用范围也在扩展到光热疗法（PTT）和SDT等领域。[32,33]
鉴于SDT和MXene在疾病治疗中的快速发展和广泛应用，有必要对相关研究进行梳理。这种协同作用对于推动基于MXene的功能性纳米药物的发展以及SDT的进步具有重要意义。因此，我们专门撰写了这篇综述，探讨了SDT和MXene在提高抗癌活性方面的独特优势。本文首先介绍了MXene辅助治疗的最新进展，并系统描述了其在单一疗法和联合疗法中的应用（图1）；清晰阐释了MXene辅助SDT的原理，详细介绍了声敏剂、治疗效果和诊疗技术；深入分析了多模式SDT平台，并进一步阐述了MXene在癌症治疗中的贡献；最后，提出了MXene与SDT协同应用中的挑战，并强调了抗癌治疗中的理论和技术创新及未来发展方向。
MXene在纳米药物中的应用
我们知道，目前的MXene主要包括过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，其通式为Mn+1XnTx，其中M代表过渡金属（如Ti、Nb、Zr），X代表碳或氮，Tx代表表面官能团（如-O、-OH、-F）。[34] 可能正是这些多样的元素组成赋予了MXene优异的性能，如良好的导电性、高电磁波吸收能力、可调的带隙等。
基于MXene的功能性纳米药物的抗癌应用
实际上，MXene辅助的抗癌作用最初基于其优异的药物输送能力，随后在体外或体内刺激下，MXene还展示了显著的抗癌效果（如PTT、CDT、PDT、SDT等）。因此，单一疗法和联合疗法应运而生，相关治疗类别总结在表S1中。
MXene辅助的SDT
MXene在癌症治疗中的快速发展促进了与多种现有技术的实际结合，预计其在SDT中的辅助作用将在抗癌效果方面展现出独特优势。[24] 因此，许多基于MXene的功能性纳米药物正顺应这一趋势，要么作为声敏剂发挥作用，要么参与肿瘤治疗的联合治疗（图4）。
MXene协调的多模式SDT平台
作为一种基于ROS的治疗策略，SDT凭借超声波的强穿透能力在处理深部肿瘤方面具有优势。[130] 然而，与其他单一疗法一样，SDT也存在一些局限性，主要体现在ROS的产生和积累方面。SDT中ROS的产生量可能较低，可能是由于声敏剂的能量转化效率较低，或是由于还原性物质（如GSH）消耗了ROS，从而影响了氧化还原平衡。总结与展望
本文总结了基于MXene的功能性纳米药物在声动力抗癌应用中的最新进展，探讨了其在提高治疗效果方面的独特优势。凭借其优异的光学和电学性能，MXene不仅有望通过单一疗法和联合疗法克服癌症治疗中的各种瓶颈，还能作为新兴的声敏剂发挥作用。
作者声明
作者声明没有可能影响本文研究的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号22205126）、山东省自然科学基金（编号ZR2022QB096）以及仪器分析中心的支持。作者同时感谢美国化学学会、Wiley-VCH、Elsevier、皇家化学学会和Springer Nature在授权使用图表方面的帮助。
