ACS Nano丨清华大学刘凯等团队研究提出了一种原位超声触发生物发光来增强SPDT的可控策略

2025-07-31

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iNature

声光动力疗法（SPDT）融合了声动力疗法（SDT）和光动力疗法（PDT）的优点，在恶性肿瘤的微创治疗中显示出巨大潜力。然而，致敏剂在PDT中的有效性往往受到光穿透不足的影响，限制了SPDT的协同治疗效果。

2025年7月16日，清华大学刘凯、解放军总医院苗莉、中国科学院大学苏娟娟共同通讯在ACS Nano在线发表题为“In Situ Ultrasound-Triggered Bioluminescence for Combined Sono/Photodynamic Immunotherapy”的研究论文。该研究提出了一种原位超声触发生物发光来增强SPDT的可控策略。

该方法利用由大电导（MscL）机械敏感通道和水苷光蛋白（AEQ）组成的机械敏感生物发光蛋白。在超声刺激下，MscL通过诱导Ca²⁺内流来响应机械力，随后激活AEQ氧化致光底物并产生生物发光。利用超声及其相关的生物发光，天然声光敏剂氯e6（Ce6）表现出有效的声/光细胞毒性，诱导免疫原性细胞死亡，并协同增强抗肿瘤免疫应答。超声触发的SPDT不仅可以抑制原发肿瘤的生长和转移，还诱导长期免疫记忆来抑制肿瘤复发。SPDT与免疫激活的结合形成了原位乳腺癌治疗的多模式“声光免疫”平台，同时防止肿瘤切除后复发，为增强癌症治疗效果开发了一种通用工具。

光动力疗法（PDT）和声动力疗法（SDT）是一种无创癌症疗法，利用特定光波长或超声波激活致敏剂，产生活性氧（ROS），诱导肿瘤氧化损伤并刺激抗肿瘤免疫。与传统的癌症治疗相比，此类方法特异性地在肿瘤组织内积累致敏剂以进行靶向激活，最大限度地减少对周围正常组织的损害和全身副作用。血卟啉、氯e6（Ce6）、玫瑰红和吲哚菁绿等致敏剂作为SDT和PDT的重要组成部分，都表现出声动力学和光动力学活性。因此，声光动力疗法（SPDT）已作为一种联合疗法，同时使用光和超声波激活致敏剂。这种双重激活可以产生协同治疗效果，增强肿瘤细胞的消除，同时减少致敏剂的所需剂量，从而最大限度地减少副作用。然而，紫外可见光照射固有的组织损伤和光穿透等问题，使得SPDT难以有效激活深部肿瘤区域的致敏剂。因此，设计可替代的SPDT致敏剂具有重要意义。

近期研究强调了超声波触发体内发光的潜力，有效解决了外部光激发的局限性。有学者报道了声余辉纳米颗粒，其包含一种超声敏化剂，能够在超声刺激下产生单线态氧（¹O₂）。这种激活导致余辉发光，专为肿瘤靶向治疗诊断学量身定制。类似的策略包括压电响应发光纳米粒子，通过压电效应将超声波的机械波动转化为化学能，从而诱导化学发光。在此基础上，作者假设超声诱导发光（USL）可以解决光穿透的固有限制，增强SPDT，同时利用超声控制发光。然而，由于化学发光底物的ROS清除作用，所有报道的依赖化学发光的USL方法都可能影响癌症治疗。此外，传统的USL信号强度较弱、实时性差、空间分辨率有限，限制了其广泛应用。因此，制定有效的原位USL策略对SPDT的发展具有重要意义。

图1 机械响应生物发光蛋白的表征（摘自ACS Nano ）

该研究提出了一种用于SPDT癌症治疗的新型原位超声触发生物发光策略。该方法利用特殊设计的机械响应生物发光蛋白，包括大电导机械敏感通道（MscL）和水苷光蛋白（AEQ）。超声触发蛋白的原位生物发光，从而增强Ce6的声学/光毒性。此外，声致生物发光纳米颗粒（SNLP）递送底物腔肠素400a（CTZ）和致敏剂Ce6，增强超声触发生物发光的体内调控和应用。通过超声激活的Ce6及其产生的生物发光协同增强抗肿瘤免疫反应，凸显了该方法在癌症“声-光-免疫”治疗模式中的有效性。

参考消息：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c06999

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