低剂量X射线激发长余辉镓锗酸锌纳米粒子的光动力治疗研究

X-ray excited photodynamic therapy (XE-PDT) is a new treatment method for deep tumors developed in recent years. This project aims at solving the serious problem of high dose of X-ray radiation in the current XE-PDT, and we intend to exploit low-dose XE-PDT for deep tumors through the combination of photosensitizer and Cr3+/Yb3+/Er3+ triple-doped zinc gallogermanate nanoparticles with super-long luminescence decay time, high luminescence intensity and nice stability. This project will focus on the Cr3+/Yb3+/Er3+ triple-doped zinc gallogermanate composite nanoparticles of long afterglow, ranging from their design, controllable doping, targeting modification and applied research about the precise XE-PDT of tumor. The composition and structure parameters of long afterglow nanoparticles will be optimized and selected. The biological effects and biosafety of the compound drug of long afterglow nanoparticles, photosensitizer and targeting molecule will be investigated. We will reveal the influence factors of singlet oxygen generating efficiency and evaluate the therapeutic effect of the compound drug in XE-PDT. This project will provide a new strategy to realize the targeted, high efficiency and biosafety XE-PDT for deep tumors, which makes it not only important in scientific field but also valued in clinical test.

X射线激发的光动力治疗（XE-PDT）是近期发展的一种新型深层肿瘤治疗技术。本项目针对目前XE-PDT中X射线照射剂量高的这一重要问题，将余辉时间长、强度高、稳定性好的Cr3+/Yb3+/Er3+共掺杂镓锗酸锌长余辉纳米粒子与光敏剂相结合，发展低剂量深度肿瘤的XE-PDT。项目将开展Cr3+/Yb3+/Er3+共掺杂镓锗酸锌长余辉复合纳米粒子的设计、可控掺杂、靶向修饰及其在肿瘤XE-PDT精准治疗中的应用研究。我们还将通过优化筛选长余辉纳米粒子的最佳组成/结构参数，考察长余辉纳米粒子-光敏剂-靶向分子复合药物的生物学效应和生物安全性，探究复合药物活性氧产生效率的影响因素，及评价XE-PDT的治疗效果，最终揭示这一长余辉纳米粒子复合药物在XE-PDT中的作用机制。项目实施将为深度肿瘤的靶向、高效、安全的XE-PDT提供新的策略，不仅具有重要的科学意义，还将有一定的临床价值。

X射线激发的光动力治疗（XE-PDT）是近期发展的一种新型深层肿瘤治疗技术。本项目针对目前XE-PDT中X射线照射剂量高的这一重要问题，将余辉时间长、强度高、稳定性好的Cr3+/Yb3+/Er3+共掺杂镓锗酸锌长余辉纳米粒子与光敏剂相结合，发展低剂量深度肿瘤的XE-PDT。本工作采用柠檬酸溶胶-凝胶法（结合“无还原性气氛”烧结，合成了基于Cr3+/Yb3+/Er3+共掺杂镓锗酸锌纳米粒子，具有近红外发光超长余辉时间。通过Cr3+/Yb3+/Er3+共掺杂和调控Zn缺乏，使的余辉强度和余辉时间明显改善，余辉时间超过数小时。实验中发现的镓锗酸锌基质和掺杂离子Cr3+/Yb3+/Er3+之间存在持续性能量转移，使的余辉时间更长。所得长余辉纳米粒子负载临床批准的铝酞菁光敏剂，可以通过能量共振转移效应进行的杀伤作用，因为该长余辉粒子在405nm激光的激发下与X射线的激发下具有相同的发射光谱，首先验证了405nm的激光激发下，照总辐射剂量为8 J/cm2时，间断式的405nm激光照射更有利于增强杀伤效果，说明在PDT中余辉作用的效果。当X射线照射时，复合药物具有化疗以及光动力治疗的效果，当X射线撤去时，由于余辉的作用，光动力治疗还会作用一段时间。目前，正在通过优化PDT过程所用X射线的照射时间和频次，将X射线使用剂量降到最优，在体外细胞层面尝试复合药物的XE-PDT杀死肿瘤细胞的效率以及体内动物肿瘤模型的复合药物的靶向肿瘤XE-PDT治疗评价，本项目的完成对未来临床中放疗提供了新的思路。