谷战军课题组

课题组王馨同学在《ACS Nano》上发表关于肖特基型异质结Au−Bi2S3放疗增敏的工作

2019-04-26 10:44来源:原创作者:王馨浏览数:341 


传统的放射治疗面临着对乏氧肿瘤不敏感的问题并且会对肿瘤周围正常组织产生伤害,因此,越来越多的含有高原子序数元素的纳米材料被开发作用放疗增敏剂来增强自由基的产生。然而,肿瘤的乏氧环境限制了这些氧依赖的自由基的产生,从而使得这些放疗增敏剂难以发挥最大的效果。对此,人们将放疗与其他治疗结合在一起或者开发能提高氧气含量的纳米材料,但复杂的合成或者非理想的肿瘤选择性限制了这些方法的进一步应用。因此,寻找新型简易的方法来增强对乏氧肿瘤的治疗效率同时降低对正常组织的伤害是十分迫切的。

由于具有独特的能带结构,含有高Z元素的半导体纳米材料在产生非氧依赖的自由基方面具有天然的优势。例如,文献报道一些半导体纳米材料在光照下可催化水或者双氧水转化为羟基自由基。这启发我们将半导体纳米材料用作放疗增敏剂,通过X射线引导的催化反应来提高非氧依赖的自由基的产生。然而很多半导体的带隙较窄,其光生电子-空穴对容易复合,降低了自由基的产生效率。而同单一半导体材料相比,异质结构的半导体材料能够促进光生电子-空穴对的分离。其中,贵金属和半导体形成的异质结是新型放疗增敏剂的很好的选择,因为贵金属在X射线照射下不但能产生大量电子,而且其与半导体形成的肖特基势垒能够促进电荷分离从而增强自由基的产生。

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基于上述考虑,我们开发了一种具有肖特基势垒的金属-半导体型纳米异质结材料AuBi2S3用于提高对肿瘤的治疗效率。首先,纳米材料中的高Z元素(AuBi)能够以高能电子的形式提高肿瘤部位的能量沉积。其次,除了这些高能电子,还有大量的低能电子产生,通过肖特基势垒,电子从Bi2S3转移到Au,直至AuBi2S3的费米能级达到平衡,形成新的费米能级。这一过程实现了有效的电荷分离,且由于能级匹配,转移到金上的电子被H2O2捕获,H2O2被催化成高毒性的羟基自由基。此外,相比于正常组织来说,肿瘤中的H2O2通常是过表达的,因此其可以被用作内源性目标来触发肿瘤内放疗效果的选择性增强。更重要的是,这一X射线引导的催化过程是不依赖氧气的,因此在乏氧肿瘤中依旧能够充分发挥其优势产生大量的自由基,实现对肿瘤细胞的有效杀伤。

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本文的第一作者为中国科学院高能物理研究所博士生王馨,通讯作者为中国科学院高能物理研究所研究员谷战军,副研究员晏亮,以及北京协和医院医生简珊。

引用本文:Wang Xin, Zhang Chenyang, Du Jiangfeng, Dong Xinghua, Jian Shan*, Yan Liang*, Gu Zhanjun*, Zhao Yuliang. Enhanced Generation of Non-Oxygen Dependent Free Radicals by Schottky-type Heterostructures of Au–Bi2S3 Nanoparticles via X-ray-Induced Catalytic Reactionfor Radiosensitization. ACS Nano 2019. DOI: 10.1021/acsnano.9b01818

文献连接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b01818