Furnizarea sau îmbunătățirea radioterapiei
Aproximativ jumătate dintre pacienții cu cancer primesc o formă de radioterapie pe parcursul tratamentului. Radioterapia utilizează radiații de înaltă energie pentru a micșora tumorile și a distruge celulele canceroase. Radioterapia ucide celulele canceroase prin deteriorarea ADN-ului acestora, inducând apoptoza celulară. Radioterapia poate fie să deterioreze ADN-ul în mod direct, fie să creeze particule încărcate (atomi cu un număr impar sau neîmperecheat de electroni) în interiorul celulelor care, la rândul lor, pot deteriora ADN-ul. Majoritatea tipurilor de radiații utilizate pentru tratamentul cancerului utilizează raze X, raze gamma și particule încărcate. Ca atare, acestea sunt în mod inerent toxice pentru toate celulele, nu doar pentru celulele canceroase, și sunt administrate în doze care sunt cât mai eficiente posibil, fără a fi prea dăunătoare pentru organism sau fatale. Din cauza acestui compromis între eficacitate și siguranță în raport cu tipul, localizarea și stadiul tumorii, de multe ori eficacitatea tratamentului trebuie să rămână la niveluri reduse pentru a nu fi excesiv de toxică pentru țesutul înconjurător sau pentru organele din apropierea masei tumorale.
Cercetările specifice nanotehnologiei s-au concentrat asupra radioterapiei ca o modalitate de tratament care ar putea beneficia foarte mult de proprietățile materialelor nanometrice și de o mai mare acumulare tumorală. Mecanismele principale pe care se bazează aceste platforme la scară nanometrică sunt fie îmbunătățirea efectului radioterapiei, fie augmentarea terapiei și/sau noi modalități de radiații electromagnetice aplicate din exterior. Mai precis, cele mai multe dintre aceste platforme nanotehnologice se bazează pe interacțiunea dintre razele X și nanoparticule datorită proprietăților inerente la nivel atomic ale materialelor utilizate. Printre acestea se numără nanoparticulele cu număr atomic Z ridicat care sporesc efectele Compton și fotoelectrice ale radioterapiei convenționale. În esență, creșterea eficacității, menținând în același timp doza actuală de radioterapie și toxicitatea ulterioară a acesteia pentru țesuturile înconjurătoare. Alte platforme utilizează nanoparticule care eliberează medicamente declanșate de raze X, care livrează medicamentul la nivel local în zona tumorii sau pentru a sensibiliza celulele canceroase la radioterapie în combinație cu medicamentul.
Un alt tip de terapie care se bazează pe radiații electromagnetice externe este terapia fotodinamică (PDT). Este o procedură anticancerigenă eficientă pentru tumorile superficiale care se bazează pe localizarea în tumoare a unui fotosensibilizator urmată de activarea cu lumină pentru a genera specii reactive de oxigen (ROS) citotoxice. Mai multe platforme nanomateriale sunt cercetate în acest scop. Adesea alcătuite dintr-un miez de lantanid sau hafniu dopat cu un conținut ridicat de Z, odată injectate, acestea pot fi iradiate extern cu raze X, permițând miezului de nanoparticule să emită fotoni de lumină vizibilă la nivel local, la locul tumorii. Emisia de fotoni de la particule activează ulterior un fotosensibilizator local sau legat de nanoparticule pentru a genera ROS de oxigen singulet (1O2) pentru distrugerea tumorii. În plus, aceste nanoparticule pot fi utilizate atât ca PDT care generează ROS, cât și pentru radioterapie îmbunătățită prin intermediul miezului înalt Z. Deși multe dintre aceste platforme sunt inițial studiate in vivo prin injectare intratumorală pentru situri tumorale superficiale, unele sunt testate pentru administrarea prin injectare sistemică în tumori tisulare profunde. Beneficiile principale pentru pacient ar fi administrarea locală a PDT la țintele tumorale din țesuturile profunde, o terapie alternativă pentru celulele canceroase care au devenit rezistente la radioterapie și reducerea toxicității (de exemplu, sensibilitatea la lumină) comună PDT tradiționale. În cele din urmă, alte platforme utilizează o formă de radiație Cherenkov într-un scop similar, de emisie locală de fotoni pentru a o utiliza ca declanșator pentru PDT locală. Acestea pot fi utilizate, de asemenea, pentru țintele din țesuturile profunde.
.