【人物与科研】苏州大学程亮教授课题组：新型超细一氧化钛声敏剂用于高效肿瘤声动力治疗

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导语

超声（US）触发的超声动力疗法（SDT）是一种非侵入性治疗大型内部肿瘤的方法，近年来已经引起了广泛的关注。与用于光动力治疗的光敏剂类似，近年来，有机和无机声敏剂均被广泛地报道。有机声敏剂多为卟啉衍生物等脂溶性小分子，水溶性较差，体内清除快，导致肿瘤部位富集度低，SDT疗效不理想，并且具有一定的光毒性。与有机声敏剂相比，无机声敏剂如二氧化钛纳米材料具有较好的化学稳定性和较低的光毒性，可用于SDT治疗。然而，二氧化钛纳米材料作为声敏剂，由于其电子（e^-）空穴（h⁺）快速复合（50 ± 30 ns）而导致活性氧产生的量子产率较低。因此，开发高效、安全的新型钛基声敏剂对于增强声动力治疗具有重要意义。近日，苏州大学程亮教授课题组在该研究领域取得了新突破（J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.9b10228）。

程亮教授课题组简介

课题组成立以来从材料科学领域出发，结合多学科交叉研究的优势，在纳米生物医学等领域从事科学研究。发展了多种无机纳米材料及其复合功能纳米材料，利用其独特的光学、磁学和X-射线吸收等性质，探索了针对肿瘤影像导航下的肿瘤光学治疗、放射治疗、声动力治疗和联合治疗，并证明了这些功能材料在实现精准治疗和提高肿瘤治疗的特异性等方面具有独特的优势。从2009年起在国际学术期刊共发表学术论文150篇，论文SCI总他引13000次，SCI “H-index”为58。其中第一/通讯作者56篇，发表于Chem. Rev.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）， Angew. Chem. Int. Ed.（4篇）、Adv. Mater.（3篇）、Nano Today （1篇）、Nano Lett.（3 篇）、ACS Nano（5篇）、Adv. Funct. Mater.（6篇）等材料、化学领域权威期刊。多篇第一/通讯作者论文被选为“ESI高被引论文”。2019-2017年连续三年入选美国科睿唯安公布的“全球高被引科学家名单”（Highly Cited Researchers）（材料）和2018-2017年爱思唯尔发布的“中国高被引学者”（材料）。并且担任国际著名期刊杂志《Journal of Nanobiotechnology》副主编（IF=5.294）。

程亮教授简介

程亮，苏州大学功能纳米与软物质研究院特聘教授，课题组组长。2012年苏州大学获得博士学位，之后留校工作被聘为讲师。2014年7月晋升为副教授；2017年8月晋升为研究员；2019年11月晋升为特聘教授。2015年~2016年在美国威斯康辛大学-麦迪逊分校访学交流。2019年入选国家级人才工程。2020年获得霍英东教育基金会第十七届高等院校青年教师奖。

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前沿科研成果

新型超细一氧化钛声敏剂用于高效肿瘤声动力治疗

尽管通过将TiO₂纳米材料与贵金属结合形成杂化纳米结构或在TiO₂纳米材料中形成氧缺陷的位点来提高TiO₂纳米材料的SDT表现，但是在制备高效钛基声敏剂方面仍有很大的改进空间。近日，苏州大学程亮教授课题组成功地制备了具有良好的声敏性能和类芬顿催化活性的超细氧化钛纳米棒（TiO_1+x  NRs）并用于增强SDT（图1）。通过种子介导的生长机制成功制备了具有超细棒状结构的TiO_1+x NRs，并用聚乙二醇（PEG）对其进行了改性。与传统的声敏剂TiO₂纳米材料相比，PEG-TiO_1+x NRs由于其缺氧结构导致活性氧物种（ROS）的产生更为有效，其主要作用是作为电荷陷阱限制US触发的电子-空穴对的复合。有趣的是，PEG-TiO_1+x NRs还具有辣根过氧化物酶样的纳米酶活性，并能够催化内源性肿瘤H₂O₂中产生羟基自由基（•OH），从而实现化学动力学治疗（CDT）。PEG-TiO_1+x NRs可以用于高效SDT / CDT，以在静脉内注射后能够在肿瘤部位的有效滞留，在US辐射下有效地消除肿瘤，其治疗效果明显强于TiO₂纳米材料。值得注意的是，PEG-TiO_1+x NRs对小鼠的长期毒性也不明显。这项工作报道了一种新型的PEG-TiO_1+x NRs声敏剂用于肿瘤SDT治疗，具有广阔的应用潜力。

图1 PEG-TiO_1+x NRs作为新型声敏剂用于CDT/SDT协同治疗肿瘤的示意图

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

该研究成果以“Ultrafine Titanium Monoxide (TiO_1+x) Nanorods for Enhanced Sonodynamic Therapy”为题发表在国际权威期刊Journal of the American Chemical Society上（DOI: 10.1021/jacs.9b10228）。苏州大学博士研究生王咸文为论文第一作者，苏州大学程亮教授为本文的通讯作者，苏州大学刘庄教授对本工作提供了一定的指导建议；声学实验得到了中科院声学所白立新副研究员的协助，苏州大学为该文章的通讯单位。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

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