通过X射线诱导一氧化碳及二氧化锰产生用于级联的放射治疗增敏

一氧化碳（CO）是一种典型的生物信号分子，在肿瘤中，高剂量的CO可以显著降低细胞活性，并增加癌细胞对放化疗的敏感性。因此，如何将CO有效递送至肿瘤部位，并降低其在正常组织中的表达，是CO气体抗肿瘤应用中的关键。

针对上述问题，中国科学院基础医学与肿瘤研究所谭蔚泓团队的杜祯、谢斯滔等人设计了一种X射线激活的CO气体释放平台。该平台利用辐射发光的闪烁纳米材料作为能量介质，复合光敏的CO供体Mn₂(CO)₁₀，有效实现肿瘤组织中CO及二氧化锰（MnO₂）的同时释放，并应用于级联的放射治疗增敏中。

图1. X射线诱导CO及MnO₂产生及其放疗增敏过程

研究发现，Mn₂(CO)₁₀在光激发下不仅可以快速释放CO气体，同时生成一种副产物—MnO₂。作为一种经典的光敏型CO供体，Mn₂(CO)₁₀多年来被应用于CO生理学效应的研究中，但其光解副产物MnO₂一直被忽视。MnO₂在肿瘤细胞中消耗还原型谷胱甘肽（GSH），从而破坏细胞的抗氧化防御系统；在GSH还原作用下产生的Mn²⁺介导类芬顿反应催化肿瘤细胞中H₂O₂生成羟基自由基（·OH），从而杀伤肿瘤。

图2. 纳米闪烁体与Mn₂(CO)₁₀复合物在X射线诱导下的CO及MnO₂产生过程，及MnO₂在GSH存在下介导的类芬顿反应。

因此，在X射线激发下，MnO₂介导的氧化压力增加与CO介导的糖酵解抑制相结合，可有效增敏放疗。在细胞和活体水平上，这种X射线诱导一氧化碳及二氧化锰产生的策略显示出明显的肿瘤增殖抑制效果。此外，虽然Mn₂(CO)₁₀具有极弱的T1加权磁共振信号，但X射线与GSH相继激活产生的Mn²⁺作为一种强T1磁共振造影（MRI）剂，有助于实现纳米材料放疗生物过程的MRI原位可视化监控。

图3. 复合物的放着增敏效果及其在X射线和GSH先后刺激下的Mn²⁺相关MRI信号增强。

该研究开发了一种X射线可控的CO和MnO₂同时生成的新策略，并研究其放疗增敏的效果及机理。拓展了闪烁纳米材料的生物医学应用，并为肿瘤的放射治疗增敏研究提供参考。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者为中科院医学所杜祯与北京林业大学王馨，共同通讯作者为中科院医学所杜祯与谢斯滔研究员，研究工作得到中科院高能所谷战军研究员与中科院医学所谭蔚泓院士的支持。

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X-Ray-triggered Carbon Monoxide and Manganese Dioxide Generation based on Scintillating Nanoparticles for Cascade Cancer Radiosensitization

Zhen Du, Xin Wang, Xiao Zhang, Zhanjun Gu, Xiaoyi Fu, Shaoju Gan, Ting Fu, Sitao Xie, Weihong Tan

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202302525