林君/马平安/丁彬彬团队Angew：硫空位优化ZnIn2S4压电纳米片实现多途径诱导ROS风暴以增强肿瘤免疫治疗

导读

压电催化疗法是一种新型的治疗策略，它使用机械能驱动催化反应以产生细胞毒性活性氧物种（ROS）。但是，现有材料受到固有催化效率低和ROS产生途径单一等限制，使得其难以突破肿瘤微环境的抗氧化屏障，从而严重限制了抗肿瘤效果。鉴于此，中国科学院长春应用化学研究所林君研究员、马平安研究员和丁彬彬副研究员团队通过调节硫代乙酰胺（TAA）浓度，合成了硫空位（Sv）优化的ZnIn2S4纳米片（ZIS-2/4/8）。Sv浓度变化的同时实现了能带结构的优化和压电性能的增强。在超声（US）作用下，Sv-ZIS可以通过多种途径产生ROS风暴，包括•O2-、1O2、•OH和H2O2，有效地打破了肿瘤微环境的抗氧化屏障，实现了高效肿瘤细胞杀伤。此外，US诱导的ROS风暴还可以引发免疫原性细胞死亡（ICD），促进树突状细胞（DCs）的成熟和CD8+ T细胞的浸润，展现出压电催化与免疫疗法相结合的优势。相关工作以“Multi-Path ROS Storm and Immune Activation via Sulfur Vacancy Optimized ZnIn2S4 Nanosheets for Piezocatalytic Tumor Therapy”为题发表在期刊

Angewandte Chemie International Edition

研究背景

压电催化治疗利用机械能驱动催化反应来产生细胞毒性ROS，由于其高组织穿透以及精准的能量转化，有望替代传统的治疗方式。然而，传统的压电材料在实际应用过程中容易受到带隙较大、载流子复合速度快、本征压电性能低以及对单途径ROS生成途径依赖的限制。因此，迫切需要开发能够通过多途径产生大量ROS的压电催化材料，以实现高效肿瘤压电催化治疗。

本文亮点

Sv缺陷工程设计：

通过调控合成过程中硫源TAA的浓度以调节ZIS纳米片中的Sv含量。Sv含量的改变不仅优化了ZIS的能带结构，还进一步破坏了晶体对称性，增强了压电性能。

多途径ROS产生：

优化后的ZIS纳米片通过在US激发下产生关键ROS中间体•O2-，进而产生1O2、H2O2和•OH。

此外，能带结构的调整使其可以直接氧化H2O产生•OH。这种多途径ROS的产生打破了传统声敏剂单一ROS产生路径的限制。

免疫系统激活：

体内研究表明，压电催化产生的ROS介导的ICD促进了DCs成熟和CD8 + T细胞浸润，在机械能转换和抗肿瘤免疫之间建立了桥梁。

图文解析

图 1. ZnIn2S4作用机理图。在水热合成过程中，通过调节TAA的浓度实现了梯度 Sv浓度。在US作用下，纳米片的机械变形会产生压电场，使能带结构倾斜，从而增强e--h+对分离，并驱动多途径 ROS 生成（•O2-、1O2、•OH和H2O2）。US触发的ROS风暴有效诱导线粒体膜电位下降和细胞凋亡，同时释放ICD标志物。这些 ICD 信号可招募和激活DCs，促进抗原呈递和 CD8⁺ T 细胞浸润。

图 2. ZnIn2S4纳米片的合成及表征。材料的基本表征证明了ZnIn2S4纳米片的成功合成。随着TAA浓度的改变，纳米片的厚度和Sv含量发生了改变。

图 3. ZnIn2S4纳米片的基本表征。Sv含量改变优化了材料的能带结构，抑制了载流子复合。PFM证明了纳米片厚度和Sv含量的改变增强了ZIS的压电性能。

图 4. ZnIn2S4纳米片的ROS产生性能表征。探针和ESR表征证明了ZIS-8在US在超声作用下可以有效产生多种ROS。

图 5. 细胞层面表征。ZIS-8在US作用下可以有效产生ROS来杀伤肿瘤细胞。同时，还能够引起免疫原性细胞死亡。

图 6. 体内抗肿瘤实验。体内实验证实了ZIS-8+US治疗组可以有效抑制肿瘤的生长。

图 7. 体内免疫激活效果。

总结与展望

在本研究中，我们证明了硫空位优化ZnIn2S4压电纳米片可通过增强的压电催化特性和多途径 ROS 生成能力实现高效肿瘤杀伤作用。通过控制Sv的浓度，优化了能带结构，并显著提高了压电系数d33。实现通过多种途径高效生成大量 ROS，包括•O2-、1O2、•OH和H2O2。该多途径 ROS 生成机制不仅克服了肿瘤微环境的限制，还成功诱导了 ICD，从而引发一系列的的免疫反应，包括 DCs 成熟和 CD8⁺ T 细胞浸润。这项工作提出了有效增强压电材料治疗肿瘤效果的策略方法，也为无机压电材料的设计提供了新的思路。

作者简介

丁彬彬，中国科学院长春应用化学研究所副研究员，国家优秀青年基金获得者（2024年），吉林省“长白英才计划”青年拔尖人才（2024年），吉林省高层次人才（C类，2025年）。2015年本科毕业于合肥工业大学，2020年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所，后留所工作至今。主要研究工作聚焦于肿瘤免疫调控无机纳米材料，目前已发表论文80余篇，他引5000余次（h指数38），其中以第一/通讯作者在Acc. Chem. Res.、Adv. Mater.（3篇）、J. Am. Chem. Soc.（3篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（9篇）等杂志上发表论文50余篇，申请中国发明专利10余项（授权7项）。主持包括国家自然科学基金优秀青年基金/面上项目、博新计划等项目9项，作为核心骨干参与国家重点研发计划2项。获吉林省自然科学一等奖（2022年）和中国科学院院长特别奖（2020年）等奖励。担任中国稀土学会发光专业委员会委员，Exploration期刊学术编辑以及Chin. Chem. Lett.、Asian. J. Pharm. Sci.、IMed等期刊青年编委。

马平安，中国科学院长春应用化学研究所，研究员，博士生导师，国家优秀青年基金获得者 （2019），中国-白俄罗斯先进材料与制造一带一路联合实验室行政副主任，吉林省中青年科技创新团队负责人。研究方向为无机纳米生物医用材料。近5年来，在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano等期刊发表SCI论文90余篇，15篇入选ESI高被引论文，H因子60，申请发明专利10余项。获得吉林省自然科学一等奖（2022，排名第1）等科研奖励6项，主持国家重点研发计划（课题）、国家自然科学基金等科研项目10余项。担任中国稀土学会发光专业委员会秘书长、稀土晶体专业委员会委员、中国核学会锕系物理与化学分会理事、中国生物材料学会纳米生物材料分会委员、吉林省细胞生物学会常务理事、吉林省化学学会理事，及Chinese Chem. Lett.、Nano Res. 、BME Mat等期刊编委/青年编委等。

林君，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，美国医学与生物工程学会会士，英国皇家化学会会士，万人计划科技创新领军人才，科技部重点领域创新团队负责人，长白山杰出人才，中国稀土学会发光专业委员会主任，中国稀土学报（中英文版）和发光学报编委。课题组自2000年以来一直从事纳-微米结构发光材料的控制合成、形态结构和性能调控及其在显示照明及生物医学领域的应用基础研究。在各种稀土发光材料的形貌控制技术、发光薄膜及其图案化技术、特色FED发光材料、多功能稀土上转换发光材料在生物成像和药物控制传递与释放等方面做出了具有原始创新和国际影响的研究工作。曾经/正在承担科技部973项目子课题、国家自然科学基金杰出青年基金项目、重点项目以及若干面上项目和国际合作项目。2009年获得吉林省科技进步一等奖，2014年和2022年两次获得吉林省自然科学一等奖。2014-至今连续入选“汤森路透全球材料领域高被引科学家”名录。至今已在国内外核心期刊如Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等上面发表学术论文900余篇，截止目前这些论文共被他人引用8万余次（H指数152）；获授权中国发明专利16项。应邀参加和参与组织国内外重要学术会议并做邀请报告100余次；获得2020年度中科院优秀导师奖，培养博士硕士研究生100余人。

文献详情：

Multi-Path ROS Storm and Immune Activation via Sulfur Vacancy-Optimized ZnIn2S4 Nanosheets for Piezocatalytic Tumor Therapy

Mingkai Yang, Binbin Ding*, Ping'an Ma*, Jun Lin*

Angew. Chem. Int. Ed.

https://doi.org/10.1002/anie.202507502

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