肿瘤微环境通常表现出低氧、免疫抑制和营养竞争等特征，这些因素使得传统的癌症治疗方法（如化疗和放疗）面临众多挑战，其治疗效果有限且副作用较大。纳米催化肿瘤治疗是近年来提出的一种新型的高效、特异性的肿瘤治疗模式，该模式基于纳米催化剂的递送触发肿瘤组织的特异性催化化学反应，原位产生具有细胞毒性的活性氧/氮等物种，杀伤肿瘤组织。然而，纳米催化剂的肿瘤富集是限制催化治疗的关键因素。提高纳米催化剂的肿瘤富集率对纳米催化肿瘤治疗具有重要意义。近年来，具备厌氧特性的益生菌因其特殊的肿瘤自然趋向、基因元件多样化可调控特性使其在肿瘤免疫治疗中受到广泛关注，也为肿瘤组织的药物递送提供了重要的灵感。2024年10月30日，同济大学医学院施剑林院士、霍敏锋研究员团队在《Science Advances》期刊上发表了题为“Hybridized and
engineered microbe for catalytic generation of peroxynitrite and cancer
immunotherapy under sonopiezo initiation”的研究论文，提出“工程益生菌肿瘤催化治疗”新策略，通过提高纳米压电催化剂的肿瘤靶向递送增强超声触发的肿瘤内连锁催化反应，实现高效、特异性的肿瘤催化免疫治疗与长效免疫记忆。具体地，研究人员将具有压电催化性能的钛酸钡纳米粒子杂化到基因工程改造的益生大肠杆菌表面，利用该益生菌能够靶向定殖到肿瘤组织这一特点，有效运载具备压电催化性能的钛酸钡纳米粒子至肿瘤部位。经过改造的工程化大肠杆菌能够持续表达一氧化氮合酶，其利用精氨酸产生一氧化氮气体分子。这些一氧化氮分子连锁与超声刺激压电钛酸钡纳米粒子所产生的超氧阴离子反应，生成具有强氧化性的过亚硝酸根，高效杀伤肿瘤细胞并触发体内特异性免疫效应，实现长效的免疫记忆特性。图1. 可产生NO的工程益生菌NOBac的构建和表征。图3. 压电钛酸钡纳米粒子杂化NOBac（BTO@NOBac）的构建与超声压电动力学表征。图4. BTO@NOBac在细胞层面的肿瘤杀伤与免疫激活研究。图5. BTO@NOBac在体内荷瘤鼠层面的催化治疗疗效评估。图6. BTO@NOBac激活体内免疫治疗与免疫记忆效应的研究。文章链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adp7540本项工作中中国科学院上海硅酸盐研究所博士生王丽萍和同济大学医学院博士生冀鹏豪为共同第一作者，同济大学医学院霍敏锋研究员与施剑林院士为论文的共同通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基础研究领域重点项目、上海市青年科技启明星等项目的资助。霍敏锋，同济大学特聘研究员，上海市东方英才青年项目入选者（2023），上海市青年科技启明星（2023），博士生导师，同济大学附属第十人民医院双聘PI。博士毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，后继续从事博士后研究（博导及合作导师：施剑林院士）。2022年加入同济大学医学院，研究工作聚焦新型生物材料的创制及其肿瘤催化治疗与组织损伤防护相关的生物医学应用及关键机制研究。截止目前在 Nature Communications（2篇）, Science Advances, Angewandte Chemie International Edition（3篇）, Advanced Materials, Matter, Advanced Functional
Materials等高影响力杂志共发表论文48篇，论文总被引4333次，h指数27，入选全球前2%顶尖科学家榜单（2023）。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金，入选国家博士后创新人才支持计划（2020），担任BMEmat（生物医学工程材料）、Medical Military Research期刊青年编委，担任Nat. Commun., Adv. Mater.等期刊审稿人。![]()
施剑林，中国科学院院士，中国医学科学院学部委员，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，同济大学医学院教授、博士生导师，英国皇家化学会会士、国家杰出青年基金获得者（1996），教育部长江学者特聘教授。2023年斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单在中国学者中排名第26名。在国际上提出了“催化医学”全新生物医学研究学术思想，对治疗肿瘤、神经退行性疾病、心血管疾病等临床重大疾病的交叉研究产生重要影响。近年来于Nature Nanotechnology, Nature Communications, Science Advances, J.
Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Materials, Chem, Chemical
Reviews, Chemical Society Reviews等高水平期刊发表SCI论文700余篇，SCI他引76000余次，H-index为148，2015至今入选Thomson Reuters全球高被引科学家。以第一完成人获国家自然科学二等奖1项、上海市自然科学一等奖2项和上海市科技进步一等奖1项。另获两院院士评选中国十大科技进展1项、中国青年科技奖、中科院青年科学家奖、上海市自然科学牡丹奖、上海市科技精英、上海最美科技工作者等奖励。
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