综述X射线激活纳米系统协同肿瘤放疗研

文章来源：《天津医科大学学报》，27（3）：

作者：窦妍，于春水

单位：医院医学影像科，天津市功能影像重点实验室，天津

摘要

X射线由于极好的组织穿透深度而被广泛应用于肿瘤放疗，但由于肿瘤X射线衰减系数差及低氧辐射耐受，导致辐射剂量过量而增加辐射毒性。近年来，X射线激活纳米系统取得了重大进展，在X射线辐射作用下，不仅可直接增强辐射效应，还可通过携带和释放药物及功能分子实现放疗与其他治疗方式协同，从而在较低辐射剂量下提高深部肿瘤疗效并降低副作用。通过综述X射线激活纳米系统协同肿瘤放疗的最新进展，重点介绍不同类型的协同疗法，并对所面临的技术挑战进行探讨。

X射线作为一种光子能量在千伏到兆伏之间的电离辐射，具有几乎无限的组织穿透深度。放疗（radiotherapy，RT）是肿瘤治疗的重要组成部分，利用电离辐射直接或间接产生细胞毒性自由基损伤DNA，诱导癌细胞凋亡[1]。然而，单独使用X射线治疗肿瘤，由于大多数肿瘤X射线衰减系数较差，以及低氧肿瘤的辐射耐受，导致辐射能量沉积不足[2]。为了有效摧毁癌细胞和抑制肿瘤，通常需要过高剂量，会对健康组织产生不利影响，甚至增加辐射诱发继发性肿瘤的风险[3]。

目前，纳米材料已在肿瘤治疗领域得到广泛应用，其可通过增强渗透性和保留效应被动积聚在肿瘤区域，也可通过结合靶向分子实现肿瘤内的主动积聚[4]。近年来，X射线激活纳米系统已逐渐发展用于协同肿瘤RT，其可通过高原子序数组成元素直接增强RT效应，也可通过携带和释放功能分子（如抗癌药物、过氧化氢酶、抗体、光敏剂等），实现X射线辐射作用下放疗与其他治疗方式（如光动力治疗、热疗、化疗和免疫治疗等）协同，从而在较低辐射剂量下显著消除肿瘤，并将系统性副作用降至最低[5]。本文概述了X射线激活纳米系统协同肿瘤放疗的最新进展，重点介绍不同类型的协同治疗方式及相应的纳米系统设计，并对临床转化所面临的技术挑战进行探讨。

1辐射增敏疗法

RT对肿瘤的疗效通常会受到靶区辐射能量不足和肿瘤微环境缺氧的限制。高原子序数（Z）元素的X射线衰减系数大，如钽（Ta，Z=73）、钨（W，Z=74）、金（Au，Z=79）和铋（Bi，Z=83）等重金属元素，在X射线辐射下释放光电子、康普顿电子和俄歇电子，与生物分子和水相互作用产生细胞毒性自由基，增强RT效应[6]。目前，含有这些元素的纳米系统已被广泛开发作为新一代辐射增敏剂[7]，从而增加原位辐射能量，避免了RT的第一个限制。

肿瘤的快速生长及其较差的微血管限制了氧气（O2）供应到实体瘤内部，导致肿瘤低氧微环境及其诱导的辐射抗性[2]。为了缓解缺氧，提高局部O2水平的辐射增敏纳米系统已被开发，通常使用以下策略：（1）通过酶促反应分解肿瘤组织中富含的过氧化氢（H2O2）原位生成O2。例如，Song等[8]设计了一种TaOx中空纳米系统负载过氧化氢酶，其Ta外壳可增加原位辐射能量，而过氧化氢酶可将内源性H2O2快速分解为O2。（2）利用对氧气有高亲和力的全氟碳化合物（PFCs）进行O2的靶向递送。Lu等[9]制备了CuS负载和64Cu标记的中空介孔有机硅纳米系统，用于递送PFCs，近红外激光诱导CuS产热促进O2从PFCs扩散到肿瘤微环境。

2X射线激活光动力疗法

光动力治疗（photodynamictherapy，PDT）是利用光敏剂产生大量活性氧（ROS），与X射线相比，其侵袭性更小，效率更高[10]。然而，PDT激发光的组织穿透力有限，导致对深部肿瘤治疗基本无效[11]。为了克服这一限制，X射线激活光动力疗法（X-PDT）应运而生，利用纳米闪烁体作为能量转换器，吸收X射线转换为光子，从而激活光敏剂产生ROS，对治疗深部肿瘤具有很大优势[12]。目前，已有不同类型的纳米闪烁体系统被开发出来，如CeF3∶Tb3+和原卟啉IX[13]，NaGdF4∶Eu3+和吲哚菁绿[14]、Zn/Mn掺杂硅酸盐闪烁体和孟加拉玫瑰红[15]。

最近，低剂量X-PDT开始引起研究者的

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