近日，深圳大学医学部生物医学工程许改霞教授团队联合香港中文大学（深圳）唐本忠院士团队，开发了具备空化效应增强与光敏特性增强的纳米声敏剂，实现了小鼠原位乳腺肿瘤的安全、高效治疗（图1），该研究工作为高性能纳米声敏剂的开发提供了重要研究思路。

图1 声动力治疗荷瘤小鼠示意图

研究成果于2025年12月02日在线发表于国际顶级学术期刊Advanced Materials（SCI Top一区期刊、五年影响因子28.9）。该工作由深圳大学许改霞教授和香港中文大学（深圳）唐本忠院士两个研究团队联合完成。

01 研究背景与意义

传统光动力治疗（PDT）依靠光敏剂和可见光，在肿瘤局部产生活性氧（ROS）来杀伤肿瘤细胞，具有安全性高、精准度好等优势。但受限于光的穿透深度，PDT仅适用于皮肤或浅表组织肿瘤（图2），难以覆盖深部实体瘤。为突破“光照不到”的瓶颈，科研人员将具有高穿透能力的超声（US）引入肿瘤治疗，发展出声动力治疗（SDT）：通过超声激活“声敏剂”，在深部组织中远程产生活性氧，成为深部肿瘤微创治疗的重要方向。

图2 光和生物组织的相互作用

目前公认的SDT机理是：超声在水环境中引发“声空化”，形成气泡的产生、振荡与塌陷，在这一过程中释放巨大能量并产生“声致发光”（SL）；这些瞬时发出的光再激活附近的声敏剂，使其进入三重态并产生活性氧，从而精准杀伤肿瘤细胞。

现有声敏剂的设计主要集中在“如何把已有的声致发光更高效地转化为ROS”（即SL-to-ROS转化），普遍忽视了前端“声空化／声致发光强度本身”的提升。实际上，只有同时增强声空化产生的光信号和后续的能量转化效率，才能真正释放声动力治疗在深部肿瘤中的最大潜力。

此外，多数有机声敏剂本身疏水，需要通过纳米包载才能在体内稳定分散，但这一“封装”往往削弱了声敏剂与水体、溶解气体的直接接触，不利于气泡成核和空化发生，限制了声致发光的产生。这一结构与功能上的矛盾，是制约SDT进一步提升的关键瓶颈。

基于声空化机理，疏水且表面粗糙的纳米结构更容易捕获和稳定气体微泡，成为空化的“种子”，显著放大声空化效应。因此，如果能在肿瘤病灶内原位生成具备“疏水+粗糙表面”的纳米聚集体，并在聚集状态下仍然保持甚至提高SL-to-ROS转化效率，将有望实现声动力疗法从源头到终端的整体增强。

本研究利用具有“聚集诱导发光”（AIE）特性的有机分子作为声敏剂骨架，借助其在水环境中天然形成疏水粗糙聚集体、且在聚集态反而更利于产生三重态和ROS的独特优势，提出并验证了一条具有普适意义的高性能声敏剂设计新路线。

02 研究方案与创新设计

本工作设计了一种新型酸响应纳米声敏剂——MeTTh-PAE纳米颗粒（MeTTh-PAE NPs）。在中性生理环境下，MeTTh被高分子外壳包裹，以纳米形式稳定存在；当到达酸性肿瘤微环境时，高分子外壳发生结构变化，释放出MeTTh疏水聚集体（图3）。释放后的MeTTh在肿瘤局部自发形成表面粗糙的疏水纳米团簇，有利于气体在其表面“挂靠”和聚集，极大增强气泡成核与生长，实现更剧烈的声空化和更强的声致发光信号，从源头提高可供利用的能量。作为典型的AIE分子，MeTTh具有极低的单重态—三重态能级差（ΔEST），在聚集态下系间窜越（ISC）过程显著加强，可高效将声致发光带来的能量转化为三重态激子并进一步产生活性氧，实现对SL-to-ROS转化效率的显著提升。

图3 本工作中纳米声敏剂在肿瘤处的作用原理示意图

通过这一综合考量了纳米结构、肿瘤微环境、治疗功能的声敏剂设计，MeTTh-PAE NPs实现了：

① 在肿瘤酸性环境下原位生成强空化的“粗糙疏水”纳米界面；

② 在聚集状态下保持甚至增强的ROS产生能力，从而完成声动力疗法的双重增强。

03 声敏剂关键性能表征结果

为实现高效的SL向ROS的能量转换，我们合成并表征了一种疏水性的AIE分子 MeTTh（图 4）。

MeTTh 具有扭曲的共轭骨架和强电子给受体（D–A）相互作用，既具备理想的 AIE 特性，又有利于高效ISC，有望实现高效 SL-to-ROS 转换。

图4 本工作中纳米声敏剂的作用原理图

我们对包裹MeTTh纳米颗粒的光学特性、酸响应特性、声响应特性、释放速率、光动力效应、空化效应、声动力效应、ROS类别、粒径大小、形貌特征等进行了全面表征，同时还开展了不同pH下的分子动力学模拟，结果表明，所设计开发的MeTTh纳米颗粒具有良好的声敏特性和性质稳定性，可用于动物模型的肿瘤声动力治疗研究（图5）。

图5 MeTTh-PAE纳米颗粒基本理化性能表征

04 体外声动力实验结果

MeTTh-PAE 纳米颗粒具有优异的细胞摄取效率，并可有效靶向溶酶体。在超声刺激下，该颗粒能够诱导细胞内活性氧的大量生成，从而显著提高细胞死亡率。通过流式细胞术与蛋白质印迹分析发现，该处理可引发细胞凋亡，其典型特征为Bcl-2蛋白表达水平下降。CCK-8实验结果表明，在超声作用下，即使浓度较低，MeTTh-PAE NPs仍能高效杀伤癌细胞；而未经超声处理的纳米颗粒则表现出良好的生物相容性与安全性（图6）。

图6 体外声动力实验结果

05 活体小鼠模型声动力实验结果

在小鼠原位乳腺癌模型中，MeTTh-PAE NPs能够在肿瘤部位的酸性微环境中完成解包与聚集，形成利于声空化的纳米结构。在临床可接受参数的超声作用下，肿瘤区域内ROS产生显著增强，肿瘤生长被明显抑制，显示出优异的抗肿瘤效果。

系统毒性评估表明，MeTTh-PAE NPs在治疗剂量范围内对小鼠主要脏器无明显损伤。依托超声可精确聚焦、MeTTh-PAE NPs在肿瘤部位酸性环境中特异性激活的双重“空间—环境”定位，治疗过程中对正常组织的影响得到有效控制，显示出良好的安全性（图7）。

图7. 声动力治疗效果

06 结论与意义

本研究团队基于AIE分子MeTTh构建了酸响应型MeTTh-PAE纳米声敏剂，在原位乳腺癌模型中实现了“空化放大+高效SL-to-ROS转化”的双重增强声动力疗法，显著提升了肿瘤抑制效果。

工作首次从机理层面系统优化“声空化/声致发光产生”和“SL-to-ROS转化”两个关键环节，搭建了高性能声敏剂设计的全新理论框架与实践范例，实现了声动力治疗从能量产生到能量利用的全链路提效。

该研究论文的核心作者团队由多所高校及临床机构人员组成：深圳大学医学部生物医学工程学院的徐周睿助理教授为第一作者，硕士研究生曾钰颖为共同第一作者，二者均隶属于广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室、医学超声关键技术国家地方联合工程实验室。论文通讯作者包括香港中文大学（深圳）唐本忠院士、深圳大学生物医学工程学院许改霞教授、深圳大学材料学院王东教授、康苗苗助理教授。

本项研究得到多项科研基金的大力支持，具体包括：国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市自然科学基金、深圳大学医工交叉创新项目以及深圳大学青年教师科研启动项目。这些基金的资助为研究的顺利开展提供了坚实的经费保障。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202516803