Doping Engineering to Modulate Lattice and Electronic Structure for Enhanced Piezocatalytic Therapy and Ferroptosis

材料科学 兴奋剂 活性氧 谷胱甘肽 纳米技术 肿瘤微环境 氧化应激 生物物理学 光电子学 癌症研究 化学 生物化学 生物 肿瘤细胞
作者
Boshi Tian,Ruixue Tian,Shaohua Liu,Yan Wang,Shili Gai,Ying Xie,Dan Yang,Fei He,Piaoping Yang,Jun Lin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (38): e2304262-e2304262 被引量:152
标识
DOI:10.1002/adma.202304262
摘要

Piezocatalytic therapy, which generates reactive oxygen species (ROS) under mechanical force, has garnered extensive attention for its use in cancer therapy owing to its deep tissue penetration depth and less O2 -dependence. However, the piezocatalytic therapeutic efficiency is limited owing to the poor piezoresponse, low separation of electron-hole pairs, and complicated tumor microenvironment (TME). Herein, a biodegradable, porous Mn-doped ZnO (Mn-ZnO) nanocluster with enhanced piezoelectric effect is constructed via doping engineering. Mn-doping not only induces lattice distortion to increase polarization but also creates rich oxygen vacancies (OV ) for suppressing the recombination of electron-hole pairs, leading to high-efficiency generation of ROS under ultrasound irradiation. Moreover, Mn-doped ZnO shows TME-responsive multienzyme-mimicking activity and glutathione (GSH) depletion ability owing to the mixed valence of Mn (II/III), further aggravating oxidative stress. Density functional theory calculations show that Mn-doping can improve the piezocatalytic performance and enzyme activity of Mn-ZnO due to the presence of OV . Benefiting from the boosting of ROS generation and GSH depletion ability, Mn-ZnO can significantly accelerate the accumulation of lipid peroxide and inactivate glutathione peroxidase 4 (GPX4) to induce ferroptosis. The work may provide new guidance for exploring novel piezoelectric sonosensitizers for tumor therapy.
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