Tillhandahåller eller förstärker strålbehandling
Ungefär hälften av alla cancerpatienter får någon form av strålbehandling under sin behandling. Vid strålbehandling används högenergistrålning för att krympa tumörer och döda cancerceller. Strålbehandling dödar cancerceller genom att skada deras DNA och inducera cellulär apoptos. Strålbehandling kan antingen skada DNA direkt eller skapa laddade partiklar (atomer med ett udda eller odelat antal elektroner) i cellerna som i sin tur kan skada DNA. De flesta typer av strålning som används för cancerbehandling använder röntgenstrålar, gammastrålar och laddade partiklar. Som sådana är de i sig giftiga för alla celler, inte bara cancerceller, och ges i doser som är så effektiva som möjligt utan att vara alltför skadliga för kroppen eller dödliga. På grund av denna avvägning mellan effektivitet och säkerhet i förhållande till tumörtyp, lokalisering och stadium måste behandlingens effektivitet ofta ligga kvar på reducerade nivåer för att inte vara överdrivet giftig för omgivande vävnad eller organ i närheten av tumörmassan.
Nanoteknikspecifik forskning har fokuserat på strålbehandling som en behandlingsmodalitet som i hög grad skulle kunna dra nytta av nanomaterials egenskaper och ökad tumörackumulation. De primära mekanismer som dessa nanoskaliga plattformar förlitar sig på är antingen förstärkning av strålbehandlingens effekt, förstärkning av behandlingen och/eller nya externt tillämpade elektromagnetiska strålningsmodaliteter. Mer specifikt är de flesta av dessa nanotekniska plattformar beroende av interaktionen mellan röntgenstrålar och nanopartiklar på grund av de inneboende atomära egenskaperna hos de material som används. Dessa omfattar nanopartiklar med högt atomnummer Z som förstärker Compton- och fotoelektriska effekter av konventionell strålbehandling. I huvudsak ökar effektiviteten samtidigt som den nuvarande strålbehandlingsdosen och dess efterföljande toxicitet för den omgivande vävnaden bibehålls. Andra plattformar använder nanopartiklar som avger läkemedel genom röntgenstrålning och som levererar läkemedel lokalt på tumörstället eller för att göra cancercellerna känsliga för strålbehandling i kombination med läkemedlet.
En annan typ av terapi som bygger på extern elektromagnetisk strålning är fotodynamisk terapi (PDT). Det är ett effektivt antikancerförfarande för ytliga tumörer som bygger på tumörlokalisering av en fotosensibilisator följt av ljusaktivering för att generera cytotoxiska reaktiva syrearter (ROS). Flera nanomaterialplattformar undersöks för detta ändamål. De består ofta av en lantanid- eller hafniumdopad hög-Z-kärna som efter injektion kan bestrålas externt med röntgenstrålar så att nanopartiklarnas kärna kan sända ut synliga ljusfotoner lokalt på tumörstället. Utsändningen av fotoner från partiklarna aktiverar därefter en nanopartikelbunden eller lokal fotosensibilisator för att generera singlet oxygen (1O2) ROS för att förstöra tumören. Dessutom kan dessa nanopartiklar användas både för PDT som genererar ROS och för förbättrad strålbehandling via kärnan med hög Z-värde. Även om många av dessa plattformar först studeras in vivo genom intratumoral injektion för ytliga tumörställen, testas vissa av dem för leverans via systemisk injektion till djupa vävnadstumörer. De främsta fördelarna för patienten skulle vara lokal leverans av PDT till tumörmål i djupa vävnader, en alternativ terapi för cancerceller som har blivit resistenta mot strålbehandling och minskad toxicitet (t.ex. ljuskänslighet) som är vanligt förekommande vid traditionell PDT. Slutligen använder andra plattformar en form av Cherenkov-strålning för att uppnå ett liknande syfte, nämligen lokal fotonemission som kan användas som en utlösande faktor för lokal PDT. Dessa kan också användas för mål i djupa vävnader.