研究背景
骨肉瘤在儿童和青少年中最为常见，恶性程度高，预后效果差，治疗方法主要以化疗和手术为主。由于目前治疗的疗效不高，并容易造成并发症等问题，因此仍需开发新的治疗策略以根治骨肉瘤。作为一种新型的非侵入性治疗方式，活性氧（ROS）介导的声动力学疗法（SDT）能够有效地应用到传统手术、化疗和放疗中，治疗各种肿瘤模型。SDT具有较大的穿透深度（约10厘米）和最小的侵袭性，可与其他治疗方式结合，实现SDT的多模式治疗以改善治疗效果，并有望于实现对骨肉瘤的根治。
工作介绍
近日，上海大学潘登余和上海交通医院LongxiangShen研究团队制备了具有肿瘤微环境（TME）调节能力的多功能W掺杂的TiO2纳米棒（W-TiO2），用于CDT增强的SDT骨肉瘤治疗。
1.使用聚乙二醇（PEG）对W-TiO2纳米棒进行改性，以增强其分散性和生物相容性。
2.与未掺杂的TiO2纳米棒相比，W-TiO2纳米棒在超声波（US）照射下表现出更高的SDT效率。
3.W-TiO2纳米棒不仅可以催化过度表达的H2O2产生?OH，还可以将细胞内GSH转化为GSSG，并减少肿瘤细胞TME中ROS的消耗，促进W-TiO2纳米棒的类芬顿反应活性和GSH清除能力，以增强氧化应激和SDT效应。
4.W-TiO2纳米棒具有超细棒状结构，可从小鼠体内排出，无明显的全身*性。
Scheme1.W-TiO2纳米棒的制备及CDT增强SDT治疗示意图
该工作发表在ACSAppliedMaterialsInterfaces上，IF=9.。
研究思路
论文导读
Figure1.W-TiO2纳米棒制备及表征
制备的W-TiO2成棒状机构，其平均纵向和横向直径分别为35.0±7.5nm和5.2±1.3nm，晶体间距为0.35nm（Figure.1a-d）。Ti、O和W元素在制备的W-TiO2纳米棒中分布均匀，证实了W元素在TiO2中成功掺杂（Figure.1e）。W-TiO2纳米棒的主要结构为锐钛矿相（Figure.1f）。XPS同样证明了W-TiO2纳米棒成功的制备（Figure.1g-i）。
Figure2.W-TiO2纳米棒SDT
类芬顿反应活性和GSH清除能力研究
W-TiO2纳米棒经US照射后能够产生1O2降低DPBF的吸收值，降解速率常数为0.min?1，同时还能产生?OH催化TMB显色，?OH的生成速率常数为0.min?1（Figure.2a-d）。与未掺杂的TiO2纳米棒相比，W-TiO2纳米棒表现出较强的1O2和?OH的ESR信号，表明引入W后TiO2纳米棒的声动力性能被显著增强（Figure.2e-f）。这是因为W-TiO2纳米棒具有更低的带隙，更容易被US激活，产生更多的ROS（Figure.2g-i）。W-TiO2纳米棒中存在的W5+使得其具有类芬顿反应活性，在弱酸环境下，随着H2O2浓度的提高，对TMB的催化氧化增强，氧化速率常数为0.min?1，在中性条件下其产生?OH的速率与弱酸性下相似（Figure.2k-n）。不仅于此，W-TiO2纳米棒还能高效清除GSH，12h时清除率为85%（Figure.2o-p）。
Figure3.治疗B细胞研究
W-TiO2纳米棒本身具有良好的生物相容性，经US照射或者加入H2O2后能够杀死B癌细胞，联合治疗下能够高效杀灭B癌细胞（Figure.3a-c）。单独的CDT和SDT能够产生一定量的ROS，而在联合作用下，CDT能够增强SDT效应，产生大量的ROS（Figure.3d）。基于此，在联合疗法处理下B癌细胞能够被有效杀灭（Figure.3e）。
Figure4.治疗骨肉瘤小鼠研究
以骨肉瘤小鼠为模型，研究了W-TiO2纳米棒在CDT增强SDT效果下的抗肿瘤能力（Figure.4a）。采用近红外染料ICG标记W-TiO2纳米棒，经静脉注射后，由于EPR效应，W-TiO2纳米棒能够被动靶向到肿瘤部位，在肿瘤中积累（Figure.4b-c,f）。经联合治疗后，CDT+SDT组完全抑制了骨肉瘤的生长，肿瘤被彻底根除，对小鼠没有*副作用，治疗后小鼠全部得以存活（Figure.4d-e,g-i）。CDT+SDT组能够产生大量的ROS，在治疗后小鼠的肿瘤细胞完全受损（Figure.4j-k）。
论文亮点
1.W-TiO2纳米棒经US照射后可通过SDT治疗肿瘤。
2.W-TiO2纳米棒同时可通过类芬顿反应催化H2O2产生?OH，经CDT治疗肿瘤。
3.W-TiO2纳米棒具有清除GSH的能力，减弱癌细胞中过量的GSH对ROS的消耗，提高ROS对癌细胞的杀伤。
4.通过CDT增强SDT的联合疗法能够完全抑制骨肉瘤的生长，彻底根除骨肉瘤。
5.本研究通过在TiO2中掺杂金属离子来开发了一种一体化的纳米平台，从而有效地治疗癌症，为扩展TiO2基纳米材料的应用作出贡献。
文献链接
BijiangGeng,XueYang,PingLi,WenyanShi,DengyuPan*andLongxiangShen*.
W?DopedTiO2NanorodsforMultimodeTumorEradicationinOsteosar