Advanced Materials:纳米闪烁体材料在过氧亚硝酸阴离子(ONOO−)的可控释放及放疗增敏的应用

过氧亚硝酸阴离子(ONOO)是生物体内的一种强氧化剂,被称作超级自由基,它可以调节多种生物过程。通常来说,ONOO 的产生来源于一氧化氮(NO)与超氧阴离子(O2•)的反应。已有研究表明,ONOO 具有强氧化性同时可引起自由基介导的硝化反应,它在生物体内可以造成蛋白质结构破坏、DNA双链损伤、膜结构破坏、线粒体损伤等多种生物过程。因此,ONOO 有望成为一种有效的肿瘤细胞杀伤药物应用于癌症治疗。

亚硝酸阴离子(ONOO−)的高效生成关键是需要同时存在NO和O2• 发生反应。日前,中国科学院高能物理研究所谷战军研究员团队提出一种全新的ONOO 控释方法:利用LiLuF4:Ce3+纳米闪烁体材料与NO供体陆森黑盐(Roussin’s black salt, RBS)结合,形成复合材料(RBS-T-SCNPs),在X-ray作用下实现生物体内ONOO 的可控释放。一方面,高原子系数(Z)的闪烁体材料在X-ray的照射下可以促进生物环境产生更多的O2•;另一方面,闪烁体可以作为能量介质,在X-ray的激发下产生UV射线,进而激发光敏的RBS释放NO。在肿瘤部位同时产生的O2•与NO可以快速结合生成ONOO,应用于癌症治疗与放疗增敏。

该研究证实,RBS-T-SCNPs纳米复合材料可以有效地提升放疗效果。进一步的机理研究表明,此X-ray对ONOO 的控释体系可以直接引起细胞DNA的损伤,抑制DNA修复酶PARP的表达,最终增加放疗产生的DNA损伤进而抑制肿瘤的生长。同时,NO以及ONOO 作为血管舒张剂以及乏氧诱导因子(HIF-1α)抑制剂,可以有效地改善肿瘤部位的乏氧微环境,进而克服乏氧肿瘤细胞的放疗抵抗性。此外,具有高X-ray能量衰减能力的闪烁体材料同时可以作为一种有效的信号增强剂应用于CT成像,有望应用于成像介导的癌症治疗。本研究中,闪烁体材料同时作为高Z材料及能量介质,实现在X-ray激发下同时产生O2•与NO,进而实现X-ray对ONOO 的可控释放。ONOO 丰富的生物学效应使其成为一种有效的肿瘤放疗增敏剂。该研究为ONOO 的可控释放及癌症放疗增敏提供了一种新颖的方法。相关论文近期发表于Advanced Materials(DOI: doi.org/10.1002/adma.201804046) 上,第一作者为中科院高能所的博士生杜祯,博士后张潇为共同第一作者。

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