近日，乌镇实验室先进功能陶瓷材料研究中心联合北京大学人民医院、北京积水潭医院、清华大学等单位于材料领域知名期刊《Advanced Functional Materials》在线发表了题为"Synergetic Chemo‐Piezodynamic Therapy of Osteosarcoma Enabled by Defect‐Driven Lead‐Free Piezoelectrics"（基于无铅压电材料的化学-压电协同催化骨肉瘤疗法）科研论文。
研究人员发现了一种基于（K,Na）NbO3（KNN）无铅压电材料的无创化学-压电协同催化疗法，该疗法可以产生活性氧基团（ROS）以有效地治疗骨肉瘤。体外细胞水平评估和体内骨肉瘤异种移植评估均表明，可注射KNN纳米晶体通过化学-压电催化效应的协同作用诱导细胞毒性、实现肿瘤根除。这项工作为肿瘤治疗开辟了新途径。
该研究发现（K,Na）NbO3（KNN）无铅压电材料兼具由氧空位驱动的化学催化效应和超声触发的压电催化效应，在两种效应的协同作用下，可以产生活性氧基团ROS以有效地治疗骨肉瘤，为无创肿瘤治疗提供了新方法。
多尺度结构表征与理论计算证实了KNN纳米材料具有优异的压电性能。为了验证压电催化效应的存在，研究了KNN在超声条件下对于罗丹明B的分解作用，发现KNN可有效降解罗丹明B。在超声条件下，KNN上下表面的电势差能够达到1.8V，足以使KNN的能带发生倾斜，从而引发压电催化反应。同时，KNN中存在大量氧空位，这些氧空位可以促进电子从阳离子的电子轨道转移到分子氧O2，从而引发化学催化反应，促进活性氧基团ROS的产生。
在化学-压电协同催化作用下，KNN纳米晶体对肿瘤细胞生长抑制有明显的毒性作用，并可有效诱导骨肉瘤细胞凋亡、抑制骨肉瘤细胞的增殖。
为验证KNN对体外骨肉瘤细胞功能的影响，进一步开展了细胞侵袭、迁移和克隆形成实验。结果表明在化学-压电协同催化作用下，KNN显著降低了骨肉瘤细胞的侵袭能力、抑制骨肉瘤细胞的转移能力和增殖能力。
最后，使用异种移植模型在体内验证KNN的抗癌作用，发现经KNN治疗后，肿瘤生长率和肿瘤重量显著降低。肺转移是肿瘤患者尤其是骨肉瘤患者预后不良的主要原因。结果表明，KNN可以减少肺转移的发生，这将是这种化学-压电协同疗法在未来临床应用中最突出的作用之一。
乌镇实验室先进功能陶瓷材料研究中心姚方周副研究员、王轲研究员、北京大学人民医院郭卫教授和汤晓东教授为本论文的共同通讯作者，北京大学人民医院王世东教授和北京积水潭医院陈成龙博士为共同第一作者。该工作同时还获得了合作单位澳大利亚新南威尔士大学、北京科技大学、西安交通大学和清华大学合作者的贡献。该研究得到了浙江省“尖兵”计划的支持。