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癌症是全球范围内严重危害人类健康的疾病，其发病率也呈逐年上升的趋势。现在临床上常用的肿瘤治疗方法主要包括手术切除、放射疗法和化学疗法。然而，这些治疗手段都存在一定的弊端，相对应地，光动力疗法（PDT）具有空间选择性高、不易产生耐药性、系统毒副作用低等特点，近年来被广泛用于皮肤癌等的治疗。光动力疗法主要通过特定波长的激光照射，使富集于肿瘤部位的光敏剂受到激发，处于激发态的光敏剂会把能量传递给周围的基态氧分子，生成活性氧（主要是单线态氧），产生细胞毒性，进而杀灭病变细胞与组织。然而，常见激发光源（可见光和近红外光）在组织中的穿透深度小于1厘米，所以，光动力疗法对实体瘤和深部肿瘤的疗效有限。因此，实现深层肿瘤的有效治疗是光动力肿瘤治疗领域的主要挑战之一。
X射线诱导的光动力治疗（X-PDT）是利用具有优异穿透能力的X射线激发在深层肿瘤内部产生活性氧物质，从而达到杀灭癌细胞的技术。这个方法结合了光动力治疗（PDT）和放疗（RT）的优点，因而具有较好的应用前景。目前常用的X-PDT技术多是将无机闪烁体和有机光敏剂结合起来，前者将X射线转换为可见光发射，再通过后者产生单线态氧，从而实现对肿瘤部位的杀伤。然而，传统的X-PDT需经过多重能量转移过程，能量利用率较低，使得在进行X射线光动疗时，所需的X射线剂量较高。
图1：基于有机磷光闪烁体的X射线光动疗的机制示意图（图源自 Nature Communications ）
针对这一科学难题，近日，南京工业大学柔性电子（未来技术）学院黄维院士、安众福教授团队和厦门大学陈洪敏教授团队在X射线光动力治疗领域取得突破，成功实现了纯有机闪烁体在X射线激发下的光动力治疗，展现了该类材料在深层肿瘤治疗方面的巨大应用潜力。该研究成果以题为“Organic phosphorescent nanoscintillator for low-dose X-ray-induced photodynamic therapy”发表在 Nature Communications 上。
常规的X射线光动力治疗一般通过闪烁体把X射线转化为可见光发射，再经过能量转移传递给有机光敏剂，产生三线态激子，进而通过三线态-三线态能量传递（TTET）生成单线态氧。然而，这一过程的能量转移过程过于繁琐，能量损失较高。为了有效提高能量利用率，目前常采用的策略是：引入含重金属元素的闪烁体，提高闪烁体对X射线的能量转化效率。该研究创造性地将闪烁体和有机光敏剂合二为一，开发了一种在X射线辐照下直接产生单线态氧的有机纳米闪烁体，提供了一种新型的对抗深层肿瘤的方法。
该联合研究团队利用纯有机磷光闪烁体，提高了高能辐射的能量转化效率，实现了低X射线剂量下的高效光动力治疗。在0.4 Gy的低剂量辐照下，即可实现对小鼠乳腺癌的治疗。此外，该治疗方案具有较低的体内急性和亚急性毒性，对于小鼠的血液和脏器无明显损伤。
该研究成果不仅为利用新型闪烁体材料进行深层肿瘤治疗提供了可能，亦有望为有机闪烁体在生物医药和纳米技术等领域开拓新的应用窗口。
图2：小鼠活体内的X射线光动疗效果（图源自 Nature Communications ）
原文链接 https://www.nature.com/articles/s41467-022-32054-0
来源：nature-portfolio
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