谷戰軍課題組

課題組王馨同學在《ACS Nano》上發表關于肖特基型異質結Au?Bi2S3放療增敏的工作

2019-04-26 10:44來源:原創作者:王馨瀏覽數:156 


傳統的放射治療面臨著對乏氧腫瘤不敏感的問題并且會對腫瘤周圍正常組織產生傷害,因此,越來越多的含有高原子序數元素的納米材料被開發作用放療增敏劑來增強自由基的產生。然而,腫瘤的乏氧環境限制了這些氧依賴的自由基的產生,從而使得這些放療增敏劑難以發揮最大的效果。對此,人們將放療與其他治療結合在一起或者開發能提高氧氣含量的納米材料,但復雜的合成或者非理想的腫瘤選擇性限制了這些方法的進一步應用。因此,尋找新型簡易的方法來增強對乏氧腫瘤的治療效率同時降低對正常組織的傷害是十分迫切的。

由于具有獨特的能帶結構,含有高Z元素的半導體納米材料在產生非氧依賴的自由基方面具有天然的優勢。例如,文獻報道一些半導體納米材料在光照下可催化水或者雙氧水轉化為羥基自由基。這啟發我們將半導體納米材料用作放療增敏劑,通過X射線引導的催化反應來提高非氧依賴的自由基的產生。然而很多半導體的帶隙較窄,其光生電子-空穴對容易復合,降低了自由基的產生效率。而同單一半導體材料相比,異質結構的半導體材料能夠促進光生電子-空穴對的分離。其中,貴金屬和半導體形成的異質結是新型放療增敏劑的很好的選擇,因為貴金屬在X射線照射下不但能產生大量電子,而且其與半導體形成的肖特基勢壘能夠促進電荷分離從而增強自由基的產生。

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基于上述考慮,我們開發了一種具有肖特基勢壘的金屬-半導體型納米異質結材料Au?Bi2S3用于提高對腫瘤的治療效率。首先,納米材料中的高Z元素(AuBi)能夠以高能電子的形式提高腫瘤部位的能量沉積。其次,除了這些高能電子,還有大量的低能電子產生,通過肖特基勢壘,電子從Bi2S3轉移到Au,直至AuBi2S3的費米能級達到平衡,形成新的費米能級。這一過程實現了有效的電荷分離,且由于能級匹配,轉移到金上的電子被H2O2捕獲,H2O2被催化成高毒性的羥基自由基。此外,相比于正常組織來說,腫瘤中的H2O2通常是過表達的,因此其可以被用作內源性目標來觸發腫瘤內放療效果的選擇性增強。更重要的是,這一X射線引導的催化過程是不依賴氧氣的,因此在乏氧腫瘤中依舊能夠充分發揮其優勢產生大量的自由基,實現對腫瘤細胞的有效殺傷。

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本文的第一作者為中國科學院高能物理研究所博士生王馨,通訊作者為中國科學院高能物理研究所研究員谷戰軍,副研究員晏亮,以及北京協和醫院醫生簡珊。

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

文獻連接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b01818