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  近期，西北工業(yè)大學(xué)于海東、梁飛及中科院北京納米能源所李琳琳團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種摩擦電貼片（triboelectric-field-mediated cuproptosis induction patch，TIP），可以通過摩擦電場的電刺激促進(jìn)載銅納米顆粒進(jìn)入黑色素瘤細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激和銅死亡，有效預(yù)防腫瘤的術(shù)后復(fù)發(fā)。TIP通過電刺激增加了細(xì)胞質(zhì)膜的通透性和流動(dòng)性，可以促進(jìn)電活性納米顆粒（Cu(II)-NC NPs）的細(xì)胞內(nèi)化和細(xì)胞內(nèi)的蓄積，進(jìn)而增強(qiáng)銅死亡。此外，Cu(II)-NC NPs還能通過產(chǎn)生活性氧物質(zhì)（ROS）和消耗谷胱甘肽（GSH）提高細(xì)胞的氧化應(yīng)激水平，進(jìn)而導(dǎo)致不可逆的線粒體損傷。在這種摩擦電貼片上能夠促進(jìn)自功能電刺激與電活性納米顆粒的相互結(jié)合，可以為有效抑制黑色素瘤的術(shù)后復(fù)發(fā)提供便捷有效的新型治療途徑。這項(xiàng)工作以“A Triboelectric-Field-Mediated Cuproptosis Induction Patch for Melanoma Recurrence Suppression”為題，發(fā)表在Matter上。論文的通訊作者是西北工業(yè)大學(xué)于海東教授和梁飛副教授、中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李琳琳研究員，第一作者是西北工業(yè)大學(xué)與中科院北京納米能源所聯(lián)合培養(yǎng)的博士生陳文婷。

圖一. 摩擦電貼片（TIP）通過銅死亡和氧化應(yīng)激抑制術(shù)后黑色素瘤復(fù)發(fā)的示意圖

(A) TIP的組成及結(jié)構(gòu)；(B) TIP 的工作方式；(C) 黑色素瘤細(xì)胞殺傷機(jī)制。

圖二. 摩擦電貼片的工作機(jī)制和輸出性能

  首先使用癌癥基因組圖譜（TCGA）對黑色素瘤患者的銅死亡相關(guān)基因進(jìn)行了分析。Kaplan-Meier生存曲線顯示，銅死亡相關(guān)基因FDX1顯著下調(diào)的黑色素瘤患者的5年生存率更高。基于這一發(fā)現(xiàn)，他們推測，靶向銅死亡可以成為黑色素瘤治療的有效方法。因此，他們研發(fā)了一種柔性、超薄、透氣的單電極摩擦電貼片，其由PCL/PEO和PCL/Gel電紡納米纖維和可降解鉬電極組成，器件總厚度僅為190 μm，與Cu(II)-NC NPs共同組成TIP。指尖接觸該貼片可產(chǎn)生約20 V的脈沖電壓。Cu(II)-NC NPs具有電響應(yīng)特性，銅離子的載量可達(dá)5.52 wt%，能在脈沖電刺激作用下釋放銅離子。

圖三. 細(xì)胞水平的治療效果

  本項(xiàng)研究證實(shí)了Cu(II)-NC納米顆粒在電刺激協(xié)同下可顯著增強(qiáng)抗腫瘤療效，通過促進(jìn)·OH的產(chǎn)生提高了細(xì)胞內(nèi)的ROS水平，并引發(fā)線粒體膜電位下降，進(jìn)而抑制三磷酸腺苷ATP的合成。在機(jī)制研究方面發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Cu(II)-NC+E處理后，可以誘導(dǎo)細(xì)胞DLAT蛋白聚集、FDX1表達(dá)下調(diào)。

圖四. TIP誘導(dǎo)銅死亡機(jī)制

  通過對細(xì)胞內(nèi)銅離子濃度檢測發(fā)現(xiàn)，TIP可使黑色素瘤細(xì)胞B16F10內(nèi)銅離子的濃度提高3.6倍。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，摩擦電刺激能夠誘導(dǎo)黑色素細(xì)胞膜去極化并提高細(xì)胞膜流動(dòng)性，還促進(jìn)了細(xì)胞對納米顆粒的內(nèi)吞，而對正常細(xì)胞的影響則較小。分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)了電場可有效加速碳納米顆粒穿透磷脂雙分子層進(jìn)入細(xì)胞，揭示了電刺激協(xié)同電活性納米顆粒促進(jìn)黑色素瘤銅死亡的機(jī)制。

圖五. Cu(II)-NC + E處理B16F10細(xì)胞后的RNA-seq分析

  進(jìn)一步對黑色素瘤細(xì)胞 B16F10進(jìn)行RNA轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在Cu(II)-NC NPs和電刺激共同作用下，細(xì)胞氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙相關(guān)信號的通路發(fā)生改變。

圖六. 不完全切除B16F10腫瘤小鼠模型治療評估

  在B16F10腫瘤不完全切除小鼠模型中驗(yàn)證了TIP的療效。治療14天后，Cu(II)-NC+E組獲得最佳治療效果，創(chuàng)面基本愈合，腫瘤尺寸最小，H&E染色顯示腫瘤細(xì)胞核碎裂、結(jié)構(gòu)崩解，Ki-67陽性率顯著降低，顯示出有效抑制了腫瘤的術(shù)后增殖。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102088