在近几十年的抗肿瘤研究中,光动力学疗法（PDT）获得了非常大的发展。PDT作为一种微创的治疗手段,可以在激光照射下产生活性氧物质（ROS）,诱导细胞凋亡。作为自由基治疗的一种,PDT不会诱导肿瘤细胞出现耐药性,对临床肿瘤治疗有很大的意义。然而,PDT依然存在着几点限制,包括光敏剂在肿瘤部位非有效累积,肿瘤乏氧环境以及激发光的组织穿透深度较浅。这些因素使PDT在更复杂的临床应用中受限。基于这些考虑,我们探索了一些新型的抗肿瘤自由基疗法,期望能够开发高效低毒的,具有肿瘤特异性的治疗方案。本论文设计了一系列不同的基于肿瘤治疗的自由基产生策略,希望从不同的角度对肿瘤进行治疗。具体内容如下:在第一章中,我们对自由基的作用与产生方式进行了概述,包括光产生（PDT）,化学反应产生（芬顿反应）,热产生（热引发剂）,药物分子产生（顺铂等化疗药物）,放射线产生（放射疗法,RT）和超声产生（声动力学疗法,SDT）。另外,我们还对自由基的协同治疗进行了简单的总结,包括与化疗协同,热协同和免疫协同。在第二章中,我们利用二维Mo S2作为载体,设计了一种肿瘤微酸性环境响应的多功能纳米复合材料,用于酸响应的协同光动力/光热治疗（PDT/PTT）。该酸响应的多功能纳米复合材料主要由二维Mo S2,酸响应电荷翻转的多肽LA-K11（DMA）和光敏剂甲苯胺蓝（TBO）组成。通过巯基与钼元素的配位作用,将酸响应多肽LA-K11（DMA）修饰到Mo S2表面。然后通过静电作用力吸附TBO到负电性的Mo S2表面。在正常的生理条件下（p H=7.4）,LA-K11（DMA）多肽呈负电性,处于吸附状态的TBO荧光被Mo S2淬灭,PDT效果也被影响,不产生活性氧。然而,在肿瘤微酸性条件下（p H～6.8）,LA-K11（DMA）中的赖氨酰琥珀酰胺键会被水解,使带正电荷的氨基暴露,多肽呈现正电性。正电性多肽可以减弱TBO和Mo S2,之间的静电相互作用,促进TBO的释放。TBO释放后,一方面可以起到细胞荧光成像的效果,另一方面可以进行PDT产生治疗性的活性氧。同时,载体Mo S2的光热效果可以与PDT结合,进行有效的PTT/PDT联合治疗,增强抗肿瘤的效果。在第三章中,我们开发了一种主动靶向肿瘤区域的综合生物反应器。基于工程改造的细菌,该生物反应器可以在肿瘤部位合成过氧化氢（H2O2）,进行芬顿反应,产生治疗性自由基进行抗肿瘤治疗。由于肿瘤区域的乏氧环境,富营养化和免疫逃逸微环境,细菌对肿瘤具有一定的趋向性,可以主动进行特异性的肿瘤靶向。在该生物反应器中,通过合成生物学设计改造工程细菌,非致病性细菌大肠杆菌MG1655经过质粒转染后,被设计为呼吸链酶II（NDH-2）过表达的工程菌（Ec-p E）。在细菌呼吸过程中,NDH-2从NADH接受电子,然后将电子转移给氧气分子形成超氧阴离子,经超氧化物歧化酶（SOD）催化可以在肿瘤区域原位产生H2O2。然后,磁性Fe3O4纳米粒子通过化学键合到工程菌的表面,由细菌运载到肿瘤部位,在原位进行类芬顿反应的催化,产生大量羟基自由基,从而进行肿瘤治疗。该生物反应器具有优异的肿瘤靶向能力,以及良好的抗肿瘤效果。在第四章中,我们首先验证了线粒体具有比细胞质更高的温度,并且利用线粒体热刺激热引发剂分解产生自由基,诱导线粒体通路控制的细胞凋亡。自由基引发剂V044可以受热分解产生自由基,而线粒体被报导具有接近50℃的温度,可以作为热引发剂的内源热刺激。通过自由基指示剂2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH）,引发剂被证明在线粒体内会以更快的速率分解,产生更多的自由基,说明了线粒体存在较高的温度。然后,基于线粒体的较高温度及其对自由基的敏感性,将V044与线粒体靶向基团三苯基膦（TPP）结合,构建了用于肿瘤治疗的线粒体靶向自由基引发剂TPPV。TPPV通过内源性线粒体热的刺激,可以有效产生自由基,进行抗肿瘤治疗。这一发现可以解决外源性激发光组织穿透深度的限制。同时,已验证的线粒体热也可以作为线粒体靶向治疗中的新靶标,为肿瘤治疗提供更多可能性。