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　　不同于正常細胞，腫瘤細胞具有獨特的腫瘤微環境，如乏氧和微酸性。鑒于腫瘤微環境在腫瘤增殖、侵襲和轉移過程中的關鍵作用，調節腫瘤微環境以增效傳統療法（如化療）或直接殺傷腫瘤細胞將是有效的治療策略。然而，目前的調控策略存在需要復雜的設備如激光器、超聲、射線，或在腫瘤部位滯留時間短等缺陷，開發原位、便捷、長期、安全地調控腫瘤微環境的策略仍有巨大挑戰。

　　乏氧可作為乏氧激活前藥的靶點，然而實體瘤中的乏氧分布不均勻且程度不足，是乏氧激活藥物III期臨床研究失敗的主要因素之一。考慮到氧氣在電池正負極反應中的重要作用，團隊合作設計了可植入的自充電鹽水電池用于腫瘤微環境的長效乏氧調控和抗腫瘤研究(圖1)。＼

圖1. 自充電鹽水電池用于腫瘤治療的基本原理

　　該電池的工作過程可類比于手機充電和放電的過程。手機使用時放電，當電量為0時需用電源進行充電。對于該鹽水電池，由于特殊的材料設計，當其被放到水溶液環境中放完電后，水中的氧氣又可以作為“能源”給電池自發充電，從而實現可逆循環的充放電過程和氧氣的持續消耗。結合電池的形狀可塑性及微型化，電池可以貼合地植入到腫瘤表面，持續消耗腫瘤內的氧氣，從而維持腫瘤長期（≥14天）且充分的乏氧微環境（氧含量<2%）。結合乏氧激活前藥替拉扎明（TPZ），該鹽水電池可消除80%荷瘤小鼠中的腫瘤，抗腫瘤效率>90%。并且，該鹽水電池的正極氧化還原過程中產生的活性氧(ROS)可直接殺傷腫瘤細胞，顯示出100%的預防腫瘤生成率。

　　在該研究中，設計的可植入鹽水電池的正極為聚1,4,5,8-萘四甲酸酐(PNTCDA，一種聚酰亞胺，生物兼容性好)，負極為鋅金屬。放電過程中，含有碳基的PNTCDA被還原為酚羥基化合物PNTCDA-H；PNTCDA-H容易被氧化回PNTCDA，同時氧氣被還原，該過程即為正極的化學自充電過程(圖2)。在氧氣的參與下，上述過程形成放電/自充電循環。由于PNTCDA在電化學還原/化學氧化循環過程中不會破壞有機物骨架，因此穩定性高，可以達到持續耗氧（持續耗氧時間>500 h）的作用。

圖2. 自充電鹽水電池耗氧過程的氧化還原機理及表征

　　體外細胞實驗結果顯示，與該鹽水電池(DB)共孵育的4T1細胞的乏氧程度顯著高于其他對照組，聯合乏氧響應前藥TPZ后，對4T1細胞的殺傷率達98%，表明該鹽水電池營造的乏氧微環境可有效激活TPZ，發揮其細胞殺傷效果。最后開展了體內抗腫瘤實驗。植入鹽水電池14天后可將瘤內血紅蛋白結合氧飽和度(sO2)下降至1.9%。在鹽水電池聯合TPZ組中，80%的荷瘤小鼠腫瘤完全消失，整體腫瘤抑制率超過90%，且單獨的鹽水電池可通過產生ROS實現約74%的腫瘤抑制率和100%的預防腫瘤生成率，表明該鹽水電池可以作為一種有效的腫瘤微環境調節器用于腫瘤治療。另外，治療過程中小鼠的體重、電池接觸的皮膚及正常臟器均無異常結構和功能變化，表明電池具有極好的生物相容性和安全性。

圖3. 自充電鹽水電池維持腫瘤長期缺氧以增效抗腫瘤治療

　　該工作是電池技術和生物治療相結合的交叉研究，不僅為抗腫瘤治療提供了一種新的治療方式(可植入電池)，同時也為電池提供了新的應用領域。電池體系中具有豐富的電化學反應，使電池技術在電化學發光成像、可穿戴設備、介入治療、炎癥微環境調節和神經電刺激等生物醫療方面具有巨大的應用潛力，有望開辟新的研究“藍海”。

　　參考文獻：

　　Jianhang Huang+, Peng Yu+, Mochou Liao, Xiaoli Dong, Jie Xu, Jiang Ming, Duan Bin, Yonggang Wang, Fan Zhang*and Yongyao Xia*,A self-charging salt water battery for antitumor therapy. Sci. Adv. 2023, 9, adf3992.