通过氧气驱动的运动来缓解缺氧问题并突破光疗的穿透障碍，这种基于发动机-货物结构的纳米卡车能够用于先进的光疗技术

《Journal of Colloid and Interface Science》：Engine-cargo structured nanotrucks for advanced phototherapy by alleviating hypoxia and penetration barriers via oxygen-propelled motion

光动力疗法（PDT）效率受限于浅层光穿透和肿瘤缺氧环境。本研究设计了一种Janus型纳米卡车，通过特殊表面模板法将上转换纳米颗粒（NaYF4:Yb,Er@NaYF4）与介孔二氧化硅壳结合，并负载过氧化氢酶（CAT）和光敏剂（MC540）。纳米卡车利用肿瘤过表达的H2O2作为生物燃料，分解产生氧气驱动纳米颗粒运动，同时改善局部氧浓度，协同增强ROS生成。实验表明，980nm近红外光照射下，该结构显著提升细胞摄取和肿瘤穿透效率，光动力治疗效果显著提高。摘要分隔符：

　　光动力疗法（PDT）作为一种新型的癌症治疗手段，近年来在医学领域展现出广阔的应用前景。然而，其实际应用中仍面临一些关键挑战，主要体现在光的穿透深度不足以及肿瘤组织中的低氧环境。这些问题限制了PDT在深部肿瘤治疗中的效果，使得治疗的精准性和效率难以达到理想水平。因此，开发一种能够克服这些局限性的新型纳米载体，成为当前研究的重点之一。本文介绍了一种创新的Janus型纳米卡车系统，该系统通过特殊的表面模板方法构建，具备“发动机-货物”结构，能够实现对肿瘤组织的高效靶向治疗。

Janus型纳米载体因其独特的结构和功能，被认为是实现主动药物递送的有效工具。这种纳米结构通常由两个不同性质的材料组成，使其在特定环境下具有不同的响应能力。例如，一个部分可能具有光响应特性，用于将光能转化为化学能，而另一个部分则可能具备催化能力，用于分解肿瘤中过量的过氧化氢（H?O?），从而产生氧气。这种双重功能的设计，不仅提高了纳米载体的运动能力，还增强了其在肿瘤组织中的渗透效果，同时改善了肿瘤微环境中的氧气供应状况。这些特性共同作用，显著提升了PDT的治疗效果。

在本研究中，研究人员通过一种特殊的表面模板方法，将绿色发光的上转换纳米颗粒（NaYF?:Yb,Er）与不对称的介孔二氧化硅壳层结合，构建了一种具有“发动机-货物”结构的纳米卡车。这种纳米卡车的核心部分是上转换纳米颗粒，其主要功能是将近红外光（NIR）转换为可见光，从而激活光敏剂产生活性氧（ROS）。而介孔二氧化硅壳层则作为“货物”部分，能够负载过氧化氢酶（CAT）和光敏剂MC540。这种设计使得纳米卡车在肿瘤微环境中能够通过分解H?O?产生氧气，同时利用不对称结构增强其运动能力，从而进一步提升肿瘤组织中的渗透效果。

上转换纳米颗粒（UCNPs）因其独特的光学特性，被认为是PDT治疗中的一种理想材料。与传统的短波长光（如紫外和可见光）相比，UCNPs能够利用长波长的近红外光（如808 nm和980 nm）作为激发光源，将光能转化为短波长的可见光。这种转化过程不仅提高了光在生物组织中的穿透能力，还避免了短波长光在生物组织中因散射和吸收而导致的穿透深度限制。因此，UCNPs在深部组织的光动力治疗中具有重要的应用潜力。此外，通过合理的结构设计和表面修饰，可以进一步优化UCNPs的发光效率和生物相容性，从而提高其在PDT中的应用效果。

然而，现有的基于UCNPs的纳米药物在靶向递送方面仍存在一定的不足，这被视为UCNPs介导光动力治疗中的一个重要挑战。为了解决这一问题，研究人员提出了一种新型的Janus型纳米卡车系统，该系统不仅能够实现对肿瘤组织的高效递送，还能够通过分解H?O?产生氧气，从而改善肿瘤微环境中的低氧状况。同时，产生的氧气还能作为动力源，推动纳米卡车在肿瘤组织中的运动，增强其与细胞的相互作用，提高细胞摄取效率。

这种纳米卡车系统的设计理念源于对肿瘤微环境特性的深入理解。肿瘤组织通常具有较低的氧气供应，这不仅影响了ROS的生成，还促进了某些低氧诱导因子（HIF）的表达，增强了肿瘤细胞对治疗的耐受性。因此，通过引入能够分解H?O?的催化剂，如过氧化氢酶（CAT），可以有效提高肿瘤组织中的氧气水平，改善治疗效果。此外，介孔二氧化硅壳层的设计使得纳米卡车能够高效负载药物，提高其在肿瘤组织中的积累能力，从而增强治疗的精准性。

在本研究中，研究人员通过实验验证了该纳米卡车系统的有效性。在体外和体内实验中，当纳米卡车暴露于980 nm近红外光照射时，其ROS生成能力显著增强，从而提高了PDT的治疗效果。这种增强效果主要归因于纳米卡车系统中光响应和催化响应的协同作用。光响应部分通过将NIR光转化为可见光，激活光敏剂产生ROS；而催化响应部分则通过分解H?O?产生氧气，改善肿瘤微环境中的低氧状况，同时为纳米卡车的运动提供动力。这种双重响应机制不仅提高了PDT的治疗效率，还增强了其在深部肿瘤治疗中的应用潜力。

此外，该纳米卡车系统还具备良好的生物相容性和可控性。通过合理的材料选择和表面修饰，可以确保纳米卡车在体内的稳定性和安全性，避免其对正常组织的损伤。同时，该系统的设计允许对肿瘤微环境中的病理特征进行精确调控，提高治疗的针对性。例如，通过调整纳米卡车的大小和形状，可以优化其在肿瘤组织中的渗透能力；通过改变催化剂的种类和负载量，可以调节氧气的生成速率，从而实现对治疗过程的精确控制。

综上所述，本研究提出了一种新型的Janus型纳米卡车系统，该系统通过特殊的表面模板方法构建，具备“发动机-货物”结构，能够实现对肿瘤组织的高效靶向治疗。该系统不仅克服了传统PDT在光穿透深度和低氧环境方面的局限性，还提供了多模式协同治疗的策略，具有重要的应用前景。未来的研究可以进一步优化该系统的性能，探索其在更多类型肿瘤治疗中的应用潜力，为癌症治疗提供更加高效和精准的解决方案。