Tilførsel eller forstærkning af strålebehandling
Omkring halvdelen af alle kræftpatienter modtager en eller anden form for strålebehandling i løbet af deres behandling. Ved strålebehandling anvendes højenergistråling til at formindske tumorer og dræbe kræftceller. Strålebehandling dræber kræftceller ved at beskadige deres DNA og fremkalde apoptose af cellerne. Strålebehandling kan enten beskadige DNA direkte eller skabe ladede partikler (atomer med et ulige eller uparret antal elektroner) i cellerne, som igen kan beskadige DNA’et. De fleste typer stråling, der anvendes til kræftbehandling, anvender røntgenstråler, gammastråler og ladede partikler. Som sådan er de i sagens natur giftige for alle celler, ikke kun kræftceller, og de gives i doser, der er så effektive som muligt, uden at de er for skadelige for kroppen eller dødelige. På grund af denne afvejning mellem effektivitet og sikkerhed i forhold til tumortype, placering og stadie skal behandlingens effektivitet ofte forblive på reducerede niveauer for ikke at være åbenlyst giftig for det omgivende væv eller organer i nærheden af tumormassen.
Nanoteknologispecifik forskning har fokuseret på strålebehandling som en behandlingsmodalitet, der i høj grad kunne drage fordel af nanoskala-materialers egenskaber og øget tumorakkumulering. De primære mekanismer, som disse nanoskala platforme er afhængige af, er enten forstærkning af stråleterapiens virkning, forstærkning af terapien og/eller nye eksternt anvendte elektromagnetiske strålingsmodaliteter. Mere specifikt er de fleste af disse nanoteknologiske platforme afhængige af interaktionen mellem røntgenstråler og nanopartikler på grund af de anvendte materialers iboende egenskaber på atomart niveau. Disse omfatter nanopartikler med højt atomnummer Z, som forstærker Compton- og fotoelektriske virkninger ved konventionel strålebehandling. Dette øger i det væsentlige effektiviteten, samtidig med at den nuværende stråleterapidosis og den efterfølgende toksicitet for det omgivende væv opretholdes. Andre platforme anvender røntgenudløste nanopartikler, der frigiver lægemidler lokalt på tumorstedet eller gør kræftcellerne følsomme over for strålebehandling i kombination med lægemidlet.
En anden type terapi, der er baseret på ekstern elektromagnetisk stråling, er fotodynamisk terapi (PDT). Det er en effektiv anticancerprocedure for overfladiske tumorer, der er baseret på tumorlokalisering af en fotosensibilisator efterfulgt af lysaktivering for at generere cytotoksiske reaktive oxygenarter (ROS). Der forskes i flere nanomaterialer med henblik herpå. De består ofte af en lanthanid- eller hafnium-dopet høj-Z-kerne, som efter indsprøjtning kan bestråles eksternt med røntgenstråler, således at nanopartiklerne kan udsende fotoner af synligt lys lokalt på tumorstedet. Emissionen af fotoner fra partiklerne aktiverer efterfølgende en nanopartikelbundet eller lokal fotosensibilisator til at generere singlet oxygen (1O2) ROS til tumorødelæggelse. Endvidere kan disse nanopartikler anvendes både til PDT, der genererer ROS, og til forbedret strålebehandling via den høje Z-kerne. Selv om mange af disse platforme i første omgang undersøges in vivo ved intratumoral injektion til overfladiske tumorsteder, er nogle af dem ved at blive testet med henblik på levering via systemisk injektion til dybe vævstumorer. De primære fordele for patienten vil være lokal levering af PDT til dybe vævstumormål, en alternativ behandling af kræftceller, der er blevet resistente over for strålebehandling, og en reduktion af den toksicitet (f.eks. lysfølsomhed), der er almindelig ved traditionel PDT. Endelig anvender andre platforme en form for Cherenkov-stråling til et lignende formål, nemlig lokal fotonemission, som kan anvendes som udløser for lokal PDT. Disse kan også anvendes til mål i dybe væv.