放射線治療の実現と増強
がん患者の約半数は、治療の過程で何らかの放射線治療を受けています。 放射線療法は、高エネルギーの放射線を用いて腫瘍を縮小させ、がん細胞を死滅させるものです。 放射線療法は、がん細胞のDNAに損傷を与え、細胞のアポトーシスを誘導することにより、がん細胞を死滅させる。 放射線療法は、DNAに直接損傷を与えるか、細胞内に荷電粒子（奇数または対になっていない電子を持つ原子）を発生させてDNAを損傷させることがあります。 がん治療に用いられる放射線の多くは、X線、ガンマ線、荷電粒子を利用しています。 そのため、がん細胞だけでなく、すべての細胞に対して毒性があり、体に害を与えず、致命的にならない範囲で、できるだけ効果的な量を照射します。 腫瘍の種類、位置、病期に対する有効性と安全性のこのトレードオフのため、多くの場合、腫瘍塊に近い周辺組織または臓器にあからさまな毒性を与えないために、治療の有効性を低減したレベルにとどめる必要があります。
ナノテクノロジー固有の研究では、ナノスケール材料の特性と腫瘍集積度の増加から大きな利益を得られる治療様式として放射線療法に焦点が当たってきました。 これらのナノスケール・プラットフォームが依存する主なメカニズムは、放射線治療の効果の強化、治療の増強、および/または新規の外部適用電磁放射線モダリティのいずれかである。 より具体的には、これらのナノテクノロジープラットフォームのほとんどは、使用される材料の固有の原子レベルの特性によるX線とナノ粒子の間の相互作用に依存している。 これには、従来の放射線療法のコンプトン効果や光電効果を高める高Z原子番号のナノ粒子が含まれる。 要するに、現在の放射線治療の線量とそれに続く周辺組織への毒性を維持したまま、効果を高めることができるのである。 他のプラットフォームでは、X線トリガーによる薬物放出ナノ粒子を利用して、腫瘍部位に薬物を局所的に送達したり、薬物と組み合わせて放射線療法に癌細胞を感作させたりすることができる。
外部電磁波に依存するもう1つのタイプの治療法は、光線力学療法（PDT）である。 これは、光増感剤の腫瘍局在化と、それに続く細胞障害性活性酸素種（ROS）を生成する光活性化に依存する、表面腫瘍に対する有効な抗がん処置である。 この目的のために、いくつかのナノ材料プラットフォームが研究されている。 多くの場合、ランタノイドまたはハフニウムをドープした高Zコアでできており、いったん注入した後、外部からX線を照射して、ナノ粒子コアが腫瘍部位で可視光線を放出するようにすることが可能である。 粒子からの光子の放射は、その後、ナノ粒子に結合した光増感剤または局所的な光増感剤を活性化し、一重項酸素（1O2）活性酸素を生成して腫瘍を破壊する。 さらに、このナノ粒子は、活性酸素を発生させるPDTとしても、高Zコアを介した放射線治療の強化としても使用することが可能である。 これらのプラットフォームの多くは、当初、表在性の腫瘍部位に対する腫瘍内注入によるin vivo研究が行われているが、一部は、深部組織腫瘍に対する全身注入による送達が試みられている。 患者にとっての主な利点は、深部腫瘍ターゲットへのPDTの局所投与、放射線治療抵抗性となったがん細胞の代替療法、従来のPDTに共通する毒性（例えば光感受性）の軽減であろう。 最後に、他のプラットフォームは、局所PDTのトリガーとして利用するために、局所光子放出という同様の目的のためにチェレンコフ放射を利用する形態である。 これらは、深部組織のターゲットにも利用することができる。