随着对光和光-物质相互作用的深入理解，光能转换纳米材料介导的纳米医学应用得到了广泛研究。光疗以其无创的特点和可靠的治疗效果，已成为近几十年来癌症治疗的主要模式之一。其中，基于光化学能转换或光热转换的光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）可将光局部施加到病变位置，对其他正常组织的风险较低。然而，由于复杂的肿瘤微环境（TME），光疗仍然面临许多障碍。合适的光源和单线态氧（1O2）的产量极大地限制了PDT的应用。与PDT不同，温度升高诱导的热休克蛋白（HSP）的上调导致PTT效果较差。值得注意的是，活性氧（ROS）的升高可以抑制HSPs的表达。因此，ROS的利用在癌症治疗方面应用前景广阔。因此，迫切需要将光热和ROS整合在一起，以增强肿瘤细胞的氧化应激，同时提高PTT效率。
近年来，热电催化在各个领域受到广泛关注，通过高温诱导电荷产生来促进化学氧化还原反应。与光催化不同，热电催化利用热电催化剂来融合热能和电能。光热效应产生温度梯度，触发催化剂内电荷载流子的运动并在表面形成热电电荷。催化剂内的自生电场阻碍了电荷复合，促进了ROS的产生并诱导肿瘤细胞凋亡。热电催化的有效性取决于关键因素，如催化剂的塞贝克系数。系数越高，对温度波动的热电电压响应就越显著。此外，催化剂的光热转化效率（PCE）对增强温度波动敏感性至关重要，能够提高热电催化性能并增强PTT效果。因此，开发具有高塞贝克系数和PCE的热电材料对于临床应用至关重要。
图1 Pt-TiO2–x/Ti3C2Tx-PEG纳米复合材料和光电热电/US介导的肿瘤协同治疗示意图（摘自ACS Nano）
MXenes是一类二维过渡金属碳化物和氮化物，因其优异的物理和化学性质而受到广泛关注。迄今为止，已经实验合成或理论预测了超过40种MXenes，在PTT中具有优异的光热能力。然而，很大程度上仍未开发MXenes在热电催化疗法中的潜力。Ti3C2Tx MXene具有高金属电导率、低面内热导率和亲水性表面性质，是一种有效的热电催化剂。其较低的平面导热率可在激光照射或热刺激下保持稳定的温度梯度，从而确保稳定有效的热电催化性能。尽管如此，Ti3C2Tx MXene因其高载流子浓度和窄带隙，具有相对低的塞贝克系数，限制了其在热电催化中的有效性。为提高热电催化性能，已经通过微结构调节和表面/界面改性等多种方法促进电荷载体分离，并促进反应物和热电催化剂之间的相互作用。通过贵金属沉积、助催化剂装饰或异质结等方法调整表面或界面性质，使Ti3C2Tx MXene具备改善热电催化性能的巨大潜力。
该研究提出了一种通过超声（US）/激光触发声动力学疗法（SDT）和热电催化疗法以增强ROS生成的新方法。作者设计了一种高效的能量转换纳米药物Pt-TiO2–x/Ti3C2Tx-PEG，通过光热电/US协同促进肿瘤治疗。通过在Ti3C2Tx MXene表面生长具有氧空位的氧化钛，实现了最优的SDT效果。铂单原子的引入不仅催化（H2O2）分解生成氧气（O2）以增强SDT，而且改善了Ti3C2Tx MXene的光热和热电性能。此外，纳米平台的优异光热转换能力增强了Pt SAs的类过氧化氢酶（CAT-mimicking）活性，从而增强SDT效应。纳米平台上的氧化钛和Pt SAs的改性提高了电荷分离效率，并阻止了热电诱导的正负电荷复合，促进了ROS的产生，从而增强热电催化治疗效果。因此，在细胞研究和动物模型中，Pt-TiO2–x/Ti3C2Tx-PEG均显示出有效的抗肿瘤特性。上述结果证明了Pt-TiO2–x/ti3c2tx-PEG在扩大ROS诱导的癌症治疗应用范围和疗效的潜力，强调了纳米技术在开发利用多种模式改善癌症治疗效果的重要性。
参考消息：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12261
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