2020年全球癌症统计报告显示,全球当年新增癌症确诊病例与死亡病例较2018年有所增加,癌症已经成为严重威胁人类生命安全的主要疾病之一。目前临床上常用的癌症诊断方法主要包括:计算机断层扫描（CT）成像、磁共振成像（MRI）和超声（US）成像,这些诊断方法难以在癌症早期对肿瘤进行准确的定位,导致临床上所诊断出的患者一般是中、晚期,贻误了最佳的治疗时机。而传统的癌症治疗手段（包括:化学疗法、放射疗法和手术治疗）面临着特异性差、毒性强和治疗抗性高等缺点。因此,亟需了解肿瘤微环境（TME）的特点、探索新型的诊疗方法以提高对肿瘤的诊疗效果、减少副作用与肿瘤复发频率。近年来,基于纳米材料的新型肿瘤诊疗策略方兴未艾。如何根据TME的特点设计纳米药物以提高对肿瘤的诊疗效果,已成为纳米生物医学领域的重要课题。基于此,本论文主要开展了以下的研究工作:1.我们通过一步生物矿化法制备了牛血清白蛋白-二氧化铱纳米颗粒（BSA-IrO2 NPs）。该纳米颗粒具有较高的光热转换效率、良好的光催化活性以及高的X射线吸收系数,可以同时实现光疗法、光声成像（PAI）、热成像和CT成像。此外,BSA-IrO2 NPs还具有类过氧化氢酶（CAT）活性,一方面可以保护正常细胞免受H2O2诱导的炎症,另一方面可以通过所产生氧气（02）的空化作用增强肿瘤部位的PAI信号。这种新颖的铱基纳米药物不但实现了对癌症的精确诊断和高效治疗,而且还有效克服了 H2O2所诱导的炎症反应,为刺激-响应型纳米药物在肿瘤诊疗和未来的临床应用方面提供了更多的思路。2.我们通过一步直接热水解法制备了具有多腔结构的氧化铱（IrOx）纳米载体,其可用于光热治疗（PTT）、光动力治疗（PDT）、声动力治疗（SDT）、宝石能谱计算机断层扫描成像（GSCT）和PAI并可作为药物载体。通过直接负载阿霉素（DOX）构建了 DOX-IrOx纳米诊疗剂,可用于三重成像（包括:GSCT、PAI和荧光成像）介导的三重治疗（包括:SDT、PDT和化学疗法）。通过对乏氧TME的调控和多重疗法的协同作用,DOX-IrOx纳米材料不仅可以抑制皮下肿瘤,而且还能有效抑制肿瘤的复发与转移,延长了荷瘤小鼠的存活率。本研究成功地构建了一种“六合一”的纳米诊疗体系,在肿瘤诊疗方面展现出良好的应用潜力。3.我们发现IrOxNPs具有酸激活的类氧化酶（OXD）和类过氧化物酶（POD）活性以及在较广的pH范围内的类CAT活性。通过进一步负载葡萄糖氧化酶（GOD）可以催化癌细胞中的葡萄糖来产生葡萄糖酸与H2O2,进而“解锁”IrOx NPs的类OXD和类POD活性;产生的H2O2可以被具有类CAT活性的IrOxNPs转化为O2以补偿其在GOD催化中的消耗,进而有利于葡萄糖的不断消耗并实现了底物的自供给以产生超氧阴离子自由基和羟基自由基（·OH）。此外,IrOxNPs还可以通过IrⅣ和IrⅢ的价态交替变化来不断消耗谷胱甘肽（GSH）。最终,IrOx-GOD NPs导致肿瘤部位发生“蝴蝶效应”,即初始的饥饿疗法与随后的多重活性氧压力,进而得以打破癌细胞的自适应以利于肿瘤治疗。4.我们制备了（-）-表没食子儿茶素-3-o-没食子酸酯（EGCG）-钼离子配位纳米材料（BEM NPs）。癌细胞中过表达的GSH可与BEM NPs发生迈克尔加成反应并刺激小的纳米颗粒变成微米级的不规则聚集体,这些聚集体可以机械性地破坏溶酶体膜或者细胞膜,诱导caspase-1依赖性的细胞焦亡并激活抗肿瘤免疫反应。此外,纳米粒子中低价态钼离子和钼酸盐的存在还可以使其通过类Fenton反应和罗素机制将H2O2转化为有毒的·OH和单线态氧,从而提高了对癌症的治疗效果。最重要的是,BEM NPs和免疫检查点阻断剂（anti-CTLA4）的协同作用可以实现对不同类型肿瘤的高效治疗。