Verstrekken of versterken van radiotherapie
Ruwweg de helft van alle kankerpatiënten krijgt tijdens de behandeling een vorm van bestralingstherapie. Stralingstherapie maakt gebruik van hoogenergetische straling om tumoren te verkleinen en kankercellen te doden. Stralingstherapie doodt kankercellen door hun DNA te beschadigen en zo cellulaire apoptose te veroorzaken. Stralingstherapie kan het DNA rechtstreeks beschadigen of geladen deeltjes (atomen met een oneven of ongepaard aantal elektronen) in de cellen creëren die op hun beurt het DNA kunnen beschadigen. De meeste soorten straling die voor de behandeling van kanker worden gebruikt, maken gebruik van röntgenstralen, gammastralen en geladen deeltjes. Als zodanig zijn zij inherent toxisch voor alle cellen, niet alleen kankercellen, en worden zij toegediend in doses die zo doeltreffend mogelijk zijn maar niet te schadelijk voor het lichaam of dodelijk. Vanwege deze afweging tussen werkzaamheid en veiligheid ten opzichte van het tumortype, de plaats en het stadium, moet de werkzaamheid van de behandeling vaak op een lager niveau blijven om niet al te toxisch te zijn voor omringend weefsel of organen in de buurt van de tumormassa.
Nanotechnologie-specifiek onderzoek heeft zich geconcentreerd op radiotherapie als een behandelingsmodaliteit die veel baat zou kunnen hebben bij de eigenschappen van nanoschaalmaterialen en een verhoogde tumoraccumulatie. De primaire mechanismen waarop deze nanoschaalplatforms steunen zijn ofwel versterking van het effect van de radiotherapie, augmentatie van de therapie, en/of nieuwe uitwendig toegepaste elektromagnetische stralingsmodaliteiten. Meer in het bijzonder berusten de meeste van deze nanotechnologieplatforms op de interactie tussen röntgenstraling en nanodeeltjes ten gevolge van de inherente atomaire eigenschappen van de gebruikte materialen. Daartoe behoren nanodeeltjes met een hoog atoomnummer, die de Compton- en foto-elektrische effecten van conventionele bestralingstherapie versterken. In wezen wordt de doeltreffendheid verhoogd terwijl de huidige radiotherapiedosis en de daaruit voortvloeiende toxiciteit voor het omringende weefsel gehandhaafd blijven. Andere platforms maken gebruik van door röntgenstraling geactiveerde medicijnafgevende nanodeeltjes die lokaal medicijn afleveren op de plaats van de tumor of om de kankercellen gevoelig te maken voor radiotherapie in combinatie met het medicijn.
Een ander type therapie dat berust op externe elektromagnetische straling is de fotodynamische therapie (PDT). Het is een effectieve antikankerprocedure voor oppervlakkige tumoren die berust op tumorlokalisatie van een fotosensibilisator gevolgd door lichtactivering om cytotoxische reactieve zuurstofspecies (ROS) te genereren. Hiertoe worden verschillende nanomaterialen-platforms onderzocht. Deze zijn vaak gemaakt van een lanthanide- of hafnium-gedoteerde hoog-Z-kern en kunnen na injectie uitwendig worden bestraald met röntgenstraling, waardoor de kern van de nanodeeltjes lokaal op de plaats van de tumor de zichtbare lichtfotonen kan afgeven. De emissie van fotonen uit de deeltjes activeert vervolgens een nanodeeltje-gebonden of lokale fotosensibilisator om singlet zuurstof (1O2) ROS te genereren voor tumorvernietiging. Bovendien kunnen deze nanodeeltjes worden gebruikt als zowel PDT dat ROS genereert als voor versterkte bestralingstherapie via de hoge-Z kern. Hoewel veel van deze platforms aanvankelijk in vivo worden bestudeerd door intratumorale injectie voor oppervlakkige tumorlocaties, worden sommige getest voor toediening via systemische injectie aan diepe weefseltumoren. De belangrijkste voordelen voor de patiënt zouden zijn: lokale toediening van PDT aan diepweefsel tumordoelwitten, een alternatieve therapie voor kankercellen die resistent zijn geworden tegen radiotherapie, en vermindering van de toxiciteit (b.v. lichtgevoeligheid) die gebruikelijk is bij traditionele PDT. Tenslotte maken andere platforms gebruik van een vorm van Cherenkovstraling met een soortgelijk doel, namelijk lokale fotonemissie om te gebruiken als trigger voor lokale PDT. Deze kunnen ook worden gebruikt voor diep-weefsel targets.