空心氧化铁@全氟碳/氧气纳米平台的开发及协同增强放疗的应用研究

Radiation therapy (RT) is an important means of cancer treatment. However, the tumor hypoxia is an important reason of tumor resistance to RT. In our previous work, we have developed the laser stimulated oxygen release to relieve the tumor hypoxia. Based on these, we will develop hollow iron oxide nanostructure as nanoplatform to load perfluorocarbon / oxygen. In this system, the iron oxide will catalyze H2O2 into reactive oxygen species via Fenton's reaction, to enhance RT. In order to overcome the insufficient penetration depth of laser, the magnetic hyperthermia of iron oxide will be utilized to control the oxygen release from nanoplatform and thereby relieve the tumor hypoxia, so as to increase the tumor sensitivity to RT. Moreover, the synergistic enhancement of RT can be achieved via the Fenton's reaction of iron oxide, the magnetic hyperthermia, and the magnetic hyperthermia controlled oxygen release. This will overcome the limitation of single RT and provide a new strategy for further improving the therapeutic effects and realizing the combined therapy. Furthermore, the new radiosensitization mechanism of iron oxide is different from that of heavy metal materials by absorbing and scattering high-energy radiation, resulting in the independence on heavy metal elements. Thus, this new radiosensitizing mechanism will provide new ideas for the development of new radiosensitizers with higher efficiency and lower toxicity.

放射治疗是目前肿瘤治疗的重要手段之一，但肿瘤组织中存在大量乏氧细胞使肿瘤对放疗产生耐受而影响治疗效果。申请人基于激光控制氧气释放的工作基础，拟利用纳米氧化铁的空心结构构建新型纳米平台，并装载全氟碳和氧气以改善肿瘤乏氧。利用氧化铁的芬顿反应催化放疗过程中产生的过氧化氢，生成活性氧自由基，从而增敏放疗。为克服激光穿透深度有限的问题，利用氧化铁的磁热效应产生的高热激发纳米平台的氧气可控释放，改善肿瘤乏氧微环境，提高肿瘤对放疗的敏感度。该纳米平台联合氧化铁的芬顿反应、磁热的热消融效应和磁热控制氧气释放，实现对肿瘤放疗的协同增强，克服单一放疗的局限，为进一步提高疗效和实现肿瘤联合治疗提供新的策略。此外，氧化铁的新型放疗增敏机制不依赖于重金属元素对高能射线的散射和吸收作用，为新型、高效、低毒性的放疗增敏材料的开发提供新的思路。

放射治疗是目前肿瘤治疗的重要手段之一，但肿瘤组织中存在大量乏氧细胞使肿瘤对放疗产生耐受而影响治疗效果。肿瘤催化治疗是一种新型的肿瘤治疗方法，可引发脂质过氧化和铁死亡，有效克服肿瘤化疗耐受的不足。本项目在原计划的指导下开发了一系列磁性-光学纳米粒子，通过激光照射增强粒子催化的设计，显著改善肿瘤乏氧，并有效增敏肿瘤放射治疗。开发了一系列激活型磁性纳米粒子，并研究和探索其在肿瘤催化治疗、增敏铁死亡和MRI成像指导治疗方面的应用，实现了化学动力学治疗、铁死亡治疗和化疗等多种治疗的协同联合。发展了多种“激活型”光-磁性复合探针，利用光-磁纳米粒子自身催化效应高效杀死癌细胞的同时，通过其自身的化学发光、比率型荧光、荧光-MRI、比率型化学发光-荧光和比率型光声等多模态成像，原位监测其自身产生的活性氧，在活体水平可视化治疗过程，监测肿瘤治疗。上述工作为新型、高效、低毒性的新型肿瘤治疗材料的开发提供新的思路。在本项目支持下，以通讯作者发表了SCI论文27篇。其中包括Chem 2篇；J. Am. Chem. Soc. 1篇；Angew. Chem. Int. Ed. 6篇； Nano Lett. 3篇；Adv. Funct. Mater. 1篇；Anal. Chem. 5篇；Small 1 篇; Chem. Rev. 1篇；Coord.Chem.Rev.1篇；Nano Today 1篇；Nanoscale 1篇；Chem. Sci. 1篇；Sci. China Chem. 1篇。项目研究成果申请并获得授权的中国发明专利6项。指导研究生：11名；博士生：8名；博士后：3名。参加相关学术会议5次。项目负责人在项目执行期间入选教育部 “长江学者奖励计划”-青年项目、湖南省 “芙蓉学者” 特聘教授，湖南省 “湖湘青年英才” 的支持计划。获得了湖南省化学化工学会-青年化学奖等。