基于生物压电纳米材料的癌症治疗新策略：从机制到临床应用前景

本文系统综述了压电纳米材料(PNMs)在癌症治疗中的创新应用，研究人员通过分析BaTiO3 、PVDF等材料的压电效应(PZEe)，揭示了超声(ULS)触发ROS生成和靶向给药的双重机制，为解决传统癌症治疗耐药性和组织穿透性难题提供了无线、非侵入性的解决方案，为临床转化奠定了理论基础。

癌症作为全球主要致死疾病之一，传统治疗手段面临耐药性和毒副作用的严峻挑战。在纳米医学蓬勃发展的背景下，一种能响应机械应力产生电场的特殊材料——压电纳米材料(PNMs)正引发研究热潮。这些材料在超声波作用下产生的压电电位，不仅能调控肿瘤微环境，还能精准释放药物，为癌症治疗带来了全新范式。

伊犁师范大学、贾达夫普尔大学等机构的研究团队在《Journal of Experimental》发表综述，系统阐述了生物压电纳米材料(b-PNMs)的抗癌机制与应用进展。研究通过多学科交叉视角，揭示了压电催化产生ROS、破坏肿瘤生物电平衡、增强免疫应答等创新治疗策略，为开发非侵入性抗癌疗法提供了重要理论支撑。

研究采用三大关键技术：1)通过水热/溶剂热法合成BaTiO₃
、MoS₂
等不同维度的PNMs；2)利用超声(ULS)激活压电效应，结合小鼠肿瘤模型评估治疗效果；3)采用表面修饰技术(如ApoE功能化)突破血脑屏障(BBB)实现脑肿瘤靶向。临床样本分析表明，这些材料能显著提高三阴性乳腺癌等难治性肿瘤的治疗响应。

压电效应在肿瘤管理中的前景

机械应变(如超声)使压电材料(PMs)发生形变，正负电荷分离形成压电电位。这种由机械能向电能的转化称为压电效应(PZEe)，产生的内置电场可催化氧化还原反应，通过ROS爆发抑制肿瘤生长。当应变消失时材料恢复原状，实现能量的可逆转换。

压电材料在癌症生物学中的潜力

低强度电刺激通过干扰Ca²⁺
/K⁺
平衡逆转化疗耐药性。有机-无机复合PMs(如PVDF-BaTiO₃
)兼具柔性和高压电系数。1D纳米线比0D纳米颗粒具有更高效的电荷转移效率，而2D纳米片则通过打破晶体对称性增强压电性。值得注意的是，尺寸效应使纳米材料表面原子占比增大，显著改变其电学特性。

新型生物压电纳米平台

BaTiO₃
纳米颗粒(B-NPs)在超声作用下产生的压电电位，可特异性抑制HER2⁺
乳腺癌增殖。研究团队开发的Au-ZnO纳米棒搭载piperlongumine，实现化学-压电协同治疗。更引人注目的是，MoS₂
纳米花通过半胱天冬酶-3途径，7天内使皮肤癌模型肿瘤缩小80%。针对脑肿瘤的突破性进展是：ApoE修饰的纳米载体能穿越BBB，通过压电刺激联合nutlin-3a给药有效抑制胶质母细胞瘤。

跨血脑屏障的递送策略

压电纳米系统通过三种机制突破BBB：1)NO短暂打开紧密连接；2)转铁蛋白受体抗体介导的受体转运；3)ApoE肽引发低密度脂蛋白(LDL)受体介导的跨细胞作用。小鼠实验显示，这种靶向递送使脑肿瘤对化疗敏感性提升3倍以上。

免疫调节与联合治疗

β-PVDF薄膜的微振动通过电压敏感受体激活巨噬细胞促炎反应，而非依赖ROS途径。更巧妙的是，MMP2激活的仿生外泌体搭载B-NPs，同步实现PD-L1阻断和ROS/氧气生成，使细胞毒性T细胞浸润增加200%。在骨肉瘤模型中，硒掺杂KNN植入物通过无线电解产生ROS，显著降低术后复发率。

这项研究确立了压电纳米材料作为多功能抗癌平台的三大优势：1)超声远程激活的时空可控性；2)通过调节肿瘤生物电微环境克服耐药性；3)与免疫治疗等现有手段的协同增效。尽管在长期生物安全性、能量转换效率等方面仍需优化，但基于压电效应的动态疗法为精准医学提供了全新工具，特别是针对三阴性乳腺癌、胶质瘤等难治性肿瘤展现出独特价值。随着3D打印等制备技术的发展，个性化压电医疗器件有望成为未来癌症综合治疗的重要组成部分。