Poskytování nebo rozšiřování radioterapie
Zhruba polovina všech pacientů s rakovinou podstoupí v průběhu léčby nějakou formu radioterapie. Radioterapie využívá vysokoenergetické záření ke zmenšení nádorů a usmrcení rakovinných buněk. Radioterapie zabíjí rakovinné buňky tím, že poškozuje jejich DNA a vyvolává buněčnou apoptózu. Radioterapie může buď přímo poškodit DNA, nebo vytvořit v buňkách nabité částice (atomy s lichým nebo nepárovým počtem elektronů), které mohou následně poškodit DNA. Většina typů záření používaných k léčbě rakoviny využívá rentgenové záření, gama záření a nabité částice. Jako taková jsou ze své podstaty toxická pro všechny buňky, nejen pro rakovinné, a jsou podávána v dávkách, které jsou co nejúčinnější a zároveň nejsou pro tělo příliš škodlivé nebo smrtelné. Kvůli tomuto kompromisu mezi účinností a bezpečností vzhledem k typu, umístění a stadiu nádoru musí často účinnost léčby zůstat na snížené úrovni, aby nebyla příliš toxická pro okolní tkáně nebo orgány v blízkosti nádorové masy.
Výzkum zaměřený na nanotechnologie se zaměřuje na radioterapii jako léčebnou modalitu, která by mohla výrazně těžit z vlastností materiálů v nanorozměrech a zvýšené akumulace v nádoru. Hlavními mechanismy, na které se tyto nanomateriály spoléhají, jsou buď zesílení účinku radioterapie, augmentace terapie a/nebo nové modality elektromagnetického záření aplikovaného zvenčí. Konkrétněji řečeno, většina těchto nanotechnologických platforem spoléhá na interakci mezi rentgenovým zářením a nanočásticemi v důsledku inherentních vlastností použitých materiálů na atomární úrovni. Patří mezi ně nanočástice s vysokým atomovým číslem Z, které zesilují Comptonův a fotoelektrický efekt konvenční radioterapie. V podstatě zvyšují účinnost při zachování současné dávky radioterapie a její následné toxicity pro okolní tkáně. Jiné platformy využívají rentgenem spouštěné nanočástice uvolňující léčivo, které dodávají léčivo lokálně v místě nádoru nebo senzibilizují nádorové buňky k radioterapii v kombinaci s léčivem.
Dalším typem terapie, která se opírá o vnější elektromagnetické záření, je fotodynamická terapie (PDT). Jedná se o účinný protinádorový postup u povrchových nádorů, který spočívá v lokalizaci fotosenzibilizátoru v nádoru a následné aktivaci světlem za vzniku cytotoxických reaktivních forem kyslíku (ROS). Za tímto účelem se zkoumá několik platforem nanomateriálů. Ty jsou často tvořeny jádrem s vysokým obsahem Z dopovaným lanthanoidy nebo hafniem a po injekci mohou být externě ozářeny rentgenovým zářením, což umožní jádru nanočástic lokálně emitovat fotony viditelného světla v místě nádoru. Emise fotonů z částic následně aktivuje fotosenzitizér vázaný na nanočástice nebo lokální fotosenzitizér, který generuje singletový kyslík (1O2) a ničí nádor. Kromě toho lze tyto nanočástice použít jak k PDT, která generuje ROS, tak k zesílené radioterapii prostřednictvím jádra s vysokým obsahem Z. Ačkoli mnohé z těchto platforem jsou zpočátku studovány in vivo intratumorální injekcí pro povrchová místa nádorů, některé jsou testovány pro podání systémovou injekcí do hlubokých tkáňových nádorů. Hlavním přínosem pro pacienta by bylo lokální dodání PDT do hlubokých tkáňových cílů nádoru, alternativní terapie pro nádorové buňky, které se staly rezistentními vůči radioterapii, a snížení toxicity (např. citlivosti na světlo), která je běžná u tradiční PDT. Konečně, jiné platformy využívají k podobnému účelu formu Čerenkovova záření, lokální emise fotonů, které se využívají jako spouštěč lokální PDT. Ty lze využít i pro hlubokotkáňové cíle
.