Dostarczanie lub wzmacnianie radioterapii
Prawie połowa wszystkich pacjentów chorych na raka otrzymuje jakąś formę radioterapii w trakcie leczenia. Radioterapia wykorzystuje promieniowanie o wysokiej energii do zmniejszania guzów i zabijania komórek nowotworowych. Radioterapia zabija komórki nowotworowe, uszkadzając ich DNA i wywołując apoptozę komórek. Radioterapia może albo bezpośrednio uszkodzić DNA, albo wytworzyć w komórkach naładowane cząstki (atomy z nieparzystą lub niesparowaną liczbą elektronów), które z kolei mogą uszkodzić DNA. Większość rodzajów promieniowania stosowanych w leczeniu raka wykorzystuje promienie rentgenowskie, promienie gamma i cząstki naładowane. Jako takie, są one z natury toksyczne dla wszystkich komórek, nie tylko nowotworowych, i są podawane w dawkach, które są tak skuteczne, jak to tylko możliwe, a jednocześnie nie są zbyt szkodliwe dla organizmu lub śmiertelne. Z powodu tego kompromisu między skutecznością a bezpieczeństwem w odniesieniu do typu guza, lokalizacji i stadium, często skuteczność leczenia musi pozostać na obniżonym poziomie, aby nie być nadmiernie toksyczna dla otaczających tkanek lub organów w pobliżu masy guza.
Badania specyficzne dla nanotechnologii koncentrują się na radioterapii jako sposobie leczenia, który mógłby znacznie skorzystać z właściwości materiałów nanoskalowych i zwiększonej akumulacji guza. Podstawowe mechanizmy, na których opierają się te platformy nanoskalowe, to wzmocnienie efektu radioterapii, rozszerzenie terapii i/lub nowe, zewnętrznie stosowane sposoby promieniowania elektromagnetycznego. W szczególności, większość z tych platform nanotechnologicznych opiera się na interakcji pomiędzy promieniami X a nanocząsteczkami ze względu na nieodłączne właściwości na poziomie atomowym użytych materiałów. Należą do nich nanocząstki o wysokiej liczbie atomowej Z, które wzmacniają efekty Comptona i fotoelektryczne konwencjonalnej radioterapii. W istocie, zwiększają one skuteczność przy jednoczesnym zachowaniu dotychczasowej dawki radioterapii i jej toksyczności dla otaczających tkanek. Inne platformy wykorzystują nanocząstki uwalniające lek, wyzwalane promieniowaniem rentgenowskim, które dostarczają lek lokalnie w miejscu guza lub uwrażliwiają komórki nowotworowe na radioterapię w połączeniu z lekiem.
Innym rodzajem terapii, która opiera się na zewnętrznym promieniowaniu elektromagnetycznym jest terapia fotodynamiczna (PDT). Jest to skuteczna procedura przeciwnowotworowa dla powierzchownych guzów, która opiera się na lokalizacji w guzie fotouczulacza, po którym następuje aktywacja światłem w celu wytworzenia cytotoksycznych reaktywnych form tlenu (ROS). W tym celu prowadzone są badania nad kilkoma platformami nanomateriałowymi. Często składają się one z rdzenia high-Z z domieszką lantanowca lub hafnu, a po wstrzyknięciu mogą być zewnętrznie napromieniowane promieniami rentgenowskimi, dzięki czemu rdzeń nanocząstek emituje fotony światła widzialnego lokalnie w miejscu guza. Emisja fotonów z cząstek aktywuje następnie związany z nanocząstkami lub lokalny fotouczulacz do generowania tlenu singletowego (1O2) ROS w celu zniszczenia guza. Ponadto, nanocząstki te mogą być wykorzystywane zarówno do PDT, która generuje ROS, jak i do wzmocnionej radioterapii poprzez rdzeń High-Z. Chociaż wiele z tych platform jest początkowo badanych in vivo poprzez wstrzykiwanie śródkostne do powierzchownych miejsc guza, niektóre z nich są badane pod kątem dostarczania poprzez wstrzykiwanie ogólnoustrojowe do głębokich guzów tkanek. Podstawowe korzyści dla pacjenta to miejscowe dostarczanie PDT do głęboko położonych tkanek guza, alternatywna terapia dla komórek nowotworowych, które stały się odporne na radioterapię oraz zmniejszenie toksyczności (np. wrażliwości na światło) typowej dla tradycyjnej PDT. Wreszcie, inne platformy wykorzystują formę promieniowania Czerenkowa w podobnym celu, lokalnej emisji fotonów do wykorzystania jako wyzwalacz dla miejscowej PDT. Mogą one być wykorzystywane również w przypadku głębokich tkanek.
.