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近年来，癌症的发病率持续上升，已经严重威胁人类的身体健康。放射治疗是癌症治疗应用最广泛的方法之一，在癌症治疗中占据非常重要的地位，但由于所采用的放射线对癌细胞不具有靶向性，并且治疗过程中所使用的放射线剂量大、频次高，所以在杀伤癌细胞的同时，也会大量杀伤正常细胞，因此毒副作用极大。目前，大部分放疗增敏剂通过在癌细胞的细胞质中产生活性氧来进行治疗，而活性氧的寿命极短，并且扩散距离有限，所以对癌细胞的杀伤效率低，导致治疗效果不理想。为了克服活性氧对癌细胞杀伤效率低的缺点，并解决传统放射治疗中辐照剂量大、频次高等问题，人们迫切需要发展一些有效的策略来提高癌症放射治疗的治疗效果。
针对上述问题，山东师范大学的唐波教授团队发展了一种基于纳米金-二氧化钛的纳米放疗增敏剂，利用三苯基膦的靶向作用，有效地将放疗增敏剂定位于线粒体中，并在线粒体中诱发活性氧爆发的“多米诺效应”，实现杀灭癌细胞的目的。其原理如图1所示，他们以二氧化钛作为主体材料，通过金-氨键将二氧化钛与纳米金结合在一起，并将具有线粒体靶向作用的三苯基膦连接到二氧化钛表面，形成纳米卫星结构（图1A）。该纳米增敏剂能够特异性地进入线粒体，并在X射线的作用下产生大量活性氧，打破线粒体内的活性氧平衡，引起线粒体功能的紊乱，诱导多米诺式活性氧的爆发从而导致肿瘤细胞凋亡（图1B）。细胞克隆形成实验表明，线粒体靶向的纳米增敏剂细胞存活率要远远低于其他不靶向的对照组（图1C）。活体实验证明，在纳米增敏剂存在时，仅照射一次X射线就能使肿瘤的生长受到抑制，而非靶向的对照组在同等条件下肿瘤依然存在(图1D)。研究结果表明，该纳米放疗增敏剂的引入能够减少放射线的剂量及辐照的频次，强化肿瘤放疗效果，并降低对正常组织的损伤。
图1.（A）线粒体靶向纳米放疗增敏剂的合成过程以及（B）在线粒体中诱导多米诺式活性氧爆发的示意图；（C）细胞经过不同处理后，各组细胞的存活分数；（D）治疗前后小鼠肿瘤的生长情况，对小鼠进行不同处理：（a）仅注射PBS，（b）仅注射TiO2-Au-TPP，（c）仅照射X射线，（d）注射TiO2-Au并照射X射线，（e）注射TiO2-Au-TPP并照射X射线。
近年来，唐波教授团队在线粒体内活性氧爆发用于肿瘤的光动力学治疗（ACSNano,,9,）、细胞核靶向的双光敏剂用于耐药型肿瘤的光动力学治疗（Chem.Sci.,,7,）、肿瘤微环境诱导的金纳米机器用于光声成像和光热治疗（Chem.Sci.,,8,）、硫化氢激活的纳米金属有机框架用于光动力学治疗（Angew.Chem.Int.Ed.,,56,）、预保护策略用于肿瘤的精准靶向与光动力学治疗（Chem.Sci.,,9,）、纳米金属有机框架降低谷胱甘肽的水平用于增强的光动力学治疗（Angew.Chem.Int.Ed.,,57,）等癌症治疗方面开展了系统的研究。这些策略可以有效增强肿瘤的治疗效果，并为探索肿瘤的高效治疗提供新的思路和方法。相关工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高校化学成像功能探针协同创新中心的大力支持。
该论文作者为：NaLi,LonghaiYu,JianboWang,XiaonanGao,YuanyuanChen,WeiPanandBoTang
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