放射治疗是恶性肿瘤的主要治疗手段之一。然而，因肿瘤乏氧降低了辐射效果以及辐射对正常组织的损伤仍是放射治疗中的难题。因此，开发一种高效的放射增敏剂来逆转因乏氧造成的肿瘤抗放射性并选择性地杀伤肿瘤是迫切且具有挑战性的。
近日，中国科学院高能物理研究所多学科研究中心孙宝云研究员和谷战军研究员合作，构建了一种氧化铜-石墨炔纳米催化剂（CuO@GDY），对乏氧肿瘤实现了可控且精准的放疗增敏（图1）。此结果已发表在《ACS Nano》杂志上。
该工作设计并原位合成了Z型CuO@GDY异质结，通过同步辐射X射线吸收精细结构谱学（XAFS）揭示了异质结中Cu-C成键结构，进一步结合其能带结构揭示了其放射增敏机制。研究表明：一方面，石墨炔作为本征半导体，其能带位置与近红外光(NIR)催化析氧的能级匹配，使得Z型CuO@GDY异质结在近红外光激发下获得更快的电子与空穴（e--h+）的分离，从而在肿瘤内部可控且高效地将H2O分解产生O2，克服了乏氧肿瘤的辐射抗性。另一方面，X射线触发的水合电子使得CuO@GDY产生了大量一价铜（Cu+）活性位点，这一活性位点促进了类芬顿反应的发生，使肿瘤内部高表达的H2O2催化产生更多的羟基自由基（·OH），从而增强了对肿瘤的治疗效果。同时，因正常细胞内H2O2明显不足，·OH的产生受阻，因此对正常细胞的毒性较小。这种双催化协同作用在细胞和活体层面都得到了证实。该工作不仅提出了一种可控且高效的近红外光催化瘤内供氧策略，而且还开发了一个时空可控的辐射催化平台，为解决放射治疗过程中肿瘤组织的辐射抗性和正常组织的损伤等难题提供了新思路。
该项工作得到了依托北京同步辐射装置的建制化科研平台项目和1W1B吸收谱学实验站的支持。
论文链接：Wang, D.#, Liao, Y.#, Yan, H., Zhu, S., Liu, Y., Li, J., Wang, X., Guo, X., Gu, Z.*, & Sun, B*., In Situ Formed Z-Scheme Graphdiyne Heterojunction Realizes NIR-Photocatalytic Oxygen Evolution and Selective Radiosensitization for Hypoxic Tumors. ACS Nano, 2022, 16 (12), 21186-21198
图1. Z型CuO@GDY异质结同时实现NIR光催化析氧和选择性的放射增敏
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