生物电场及电流广泛存在于生命体中，并在调节各类生命过程中发挥着重要作用。电刺激作为一种简单有效的治疗手段近年来被用于肿瘤治疗的研究，但往往面临着电极侵入性大等副作用。同时，纳米酶作为一种新兴的具有类酶活性的纳米材料被越来越多的人所关注和研究，但实际应用时其酶活性往往受到肿瘤微环境的限制。基于此，我们将传统的ZnO纳米发电机与Au纳米酶相结合构建了一种新型的特洛伊纳米发电机。该纳米发电机在超声激活下能够实现亚细胞水平的靶向电刺激，且纳米酶的多种类酶活性能被超声激活的压电效应极大增强、助推肿瘤催化治疗，从而双重实现了优越的肿瘤治疗效果。通过计算和模拟，进一步揭示了催化活性增强的原理。本文发展的超声激活的纳米发电机提供了一种独特的癌症电刺激治疗策略、并为提高纳米酶治疗效果开辟了新的道路。我们首次利用ZnO纳米发电机实现了亚细胞层面的电刺激肿瘤治疗；此外，将其与Au纳米酶相结合后，极大地提高了纳米酶的多种类酶活性，实现了增强的肿瘤催化治疗。

图1. MP-Au/ZnO@CCM特洛伊纳米发电机的合成及作用机理示意图。

要点一：（无电源）超声激活纳米探针靶向电刺激

      电刺激是临床上常用的医疗手段，被广泛用于癫痫、帕金森综合症及心脏疾病的治疗。近年来，基于操作简单、治疗效果好、不受肿瘤类型限制等优点，电刺激被用于肿瘤治疗并取得了一系列成果，但其治疗的副作用却不容忽视。 在此，利用纳米发电机能够在微观尺度产生电场的优点，我们成功的将其用于线粒体靶向的电刺激，解决了以往外加电源电极材料电刺激侵入性大、治疗效率低的问题。      COMSOL模拟结果表明，在超声激活下ZnO纳米发电机能够产生约140 mV的压电电势差，这足以扰乱线粒体膜电位、引起细胞凋亡。且将其靶向到线粒体后可以实现亚细胞层面的精准电刺激，提高了治疗效果。纳米发电机电刺激的效果也进一步在细胞和活体层面验证。该方法开辟了一种新型的纳米发电机电刺激癌症治疗的策略。

要点二：增强的纳米酶肿瘤催化治疗      

      纳米酶作为一种具有类酶活性的纳米材料，近年来被广泛地研究并应用于肿瘤治疗。但乏氧和略酸性的肿瘤微环境限制了纳米酶性能的实际发挥。光激发作为一种常用的能提高酶活性的手段却遭受穿透深度浅的缺点。而超声作为一种具有高时空分辨和高组织穿透能力的治疗手段越来越多地引起人们关注。、

      本文将ZnO纳米发电机与Au纳米酶相结合、并利用超声激发，极大地提高了Au纳米酶的多种类酶的催化活性。其中，反应动力学分析表明，超声激发下纳米酶的类过氧化物酶（POD）活性的反应亲和性和最大反应速率分别提高了34.99%和53.36%；并且在纳米酶的级联催化作用下，细胞内的葡萄糖可以被直接催化产生ROS达到增强的肿瘤催化治疗的效果。 此外，进一步的模拟和计算揭示了ZnO纳米发电机产生的极化电场与位移电流在增强Au纳米酶催化活性方面的作用。增强的肿瘤催化治疗在细胞与活体实验中都展示了优越的治疗效果，为超声增强纳米酶催化活性提供了新的思路。

      近期，相关成果以“Ultrasound-activated Au/ZnO-based Trojan nanogenerators for combined targeted electro-stimulation and enhanced catalytic therapy of tumor”为题发表在国际知名期刊Nano Energy上，论文作者为马孔硕硕士，通讯作者为金永东研究员。