研究背景放射治疗（Radiation Therapy,RT）是癌症的主要治疗选择,但由于正常组织存在毒性限制,因此,在给定的辐射剂量下,治疗期间经常要使用放射增敏剂来增强RT,以改善对肿瘤的控制。目前,已经有多个涉及重金属或高Z材料作为放射增敏剂的研究,例如金纳米颗粒等。但是,这些相关研究主要集中在球形金纳米颗粒上。另外,除金纳米颗粒外尚有多种其他高Z材料作为放射增敏剂的相关研究。以碱土金属钨酸盐为代表的另一类材料在放射增敏作用方面中显示出巨大潜力。碱土金属钨酸盐具有较大的X射线截面和相对较低的生物毒性,现已被广泛用作闪烁材料。最近,Ca WO4纳米颗粒已经被制备出来,并且在多项研究中证实了它拥有作为放射增敏剂的潜力,但到目前为止,在RT方面几乎没有尝试探索其他碱土金属钨酸盐。目的1、合成两类不同的新型高Z纳米放射增敏剂超薄金纳米线及碱土金属钨酸盐BaWO4纳米颗粒并进行表征,分别评估其稳定性、水溶性和安全性,为二者的进一步研究与应用创造条件。2、将制备合成的新型高Z纳米放射增敏剂超薄金纳米线透过表面包被聚乙二醇（Polyethylene glycol,PEG）化磷脂层,增加其水溶性。与涂覆有相同磷脂的金纳米球（Gold nanoshells,GNSs）颗粒进行比较,对比两者在辐射下增强自由基产生的能力并观察是否可以提高氧化应激,再将其注射到异种移植模型后监测肿瘤的生长情况,以评估超薄金纳米线作为放射增敏剂的潜力。3、将制备合成的新型碱土金属钨酸盐放射增敏剂BaWO4纳米颗粒与相似方法合成的Ca WO4纳米颗粒,依次用聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone,PVP）包被提高其胶体稳定性。在体外研究中,测试两种纳米颗粒的毒性,将其引入到4T1细胞后评估辐射条件下二者产生氧化应激的能力,并观察是否可以提升辐射诱导的细胞死亡,最后透过注射到异种移植模型后的肿瘤细胞生长抑制,以研究BaWO4纳米颗粒在RT中的应用价值。方法1、通过在己烷中还原HAu Cl4合成金纳米线（gold nanowires,GNWs）。然后将合成后的GNWs涂上一层PEG化磷脂,使其可溶于水。作为对比,还合成了涂覆有相同磷脂的球形金纳米颗粒。用动态光散射和Z电位表征二者颗粒的流体力学尺寸和表面电荷。通过配备有EDAX能量色散X射线谱系统的扫描电子显微镜和透射电子显微镜评估纳米颗粒的形态和EDS元素图谱。用4T1细胞进行体外和体内研究,通过ATP分析评估4T1细胞的细胞活力。将初始密度为5000细胞/孔的4T1细胞接种在96孔板中。接种24小时后,加入含有不同浓度GNWs或GNSs的RPMI溶液。再孵育24小时后,混入ATPlite1步底物溶液进行测试。使用酶标仪测量发光信号,计算并比较平均发光强度。为了研究纳米粒子+X射线情况,在4T1细胞中加入GNWs或GNSs孵育24小时后施加5Gy X射线辐射,照射后24小时,以同法进行收集并测量。对上述培养液使用单线态氧荧光探针（Singlet Oxygen Sensor Green,SOSG）法测定单线态氧。以自由基检测剂检测SOD活性。通过氨基苯基荧光素（Aminophenyl fluorescein,APF）测定来表征羟自由基的产生。使用TBARs检测试剂盒检测脂质过氧化产物丙二醛（MDA）。通过将2×10~5细胞皮下注射到雌性BALB/c小鼠的右侧皮中生成4T1肿瘤模型。当平均肿瘤体积约为100mm~3时,在第0天将GNWs或GNSs瘤内注射到小鼠体内。第0天（注射后1小时）、第1天和第2天,对肿瘤进行三次剂量的照射（3 Gy×3）。每3天检查一次肿瘤大小和体重并测量肿瘤。28天后,处死小鼠并将肿瘤组织切片进行H＆E染色,监测并比较肿瘤的生长。2、使用水热反应来合成BaWO4纳米颗粒与Ca WO4纳米颗粒,并用PVP包覆它们以提高其生物相容性和胶体稳定性。通过透射电子显微镜表征纳米颗粒的尺寸,扫描电子显微镜评估纳米颗粒的形态和能量色散谱元素图谱。纳米颗粒的结晶度通过X射线衍射仪进行评估。纳米颗粒涂层通过FT-IR进行验证。通过SOSG分析法分析了单线态氧水平的变化。制备了两种不同浓度PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米粒子,使用mini-X X射线管进行研究,通过使用酶标仪测SOSG荧光,评估5Gy X射线照射前后各组的~1O2水平,以APF测定来表征存在纳米颗粒时产生的羟基自由基。使用4T1细胞进行体内和体外研究,将4T1细胞（每孔10~4个细胞）接种在96孔板中,并培养12小时。加入PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米粒子的新鲜培养基。将与纳米颗粒孵育4或24小时后的细胞在SOSG中孵育。检测5Gy X射线辐照前后的单线态氧水平。将含有APF的PBS溶液添加到培养板中,检测羟自由基水平,通过测450 nm的吸光度进行SOD活性测定。为了观察在没有X射线辐射下的生存情况,将细胞与含有不同浓度的PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米粒子孵育24小时后进行MTT测定。之后,将PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米粒子与细胞孵育4小时,然后进行5Gy X射线辐射来进行纳米粒子加辐射测试。20小时后通过MTT测定法测量细胞活力。将10~6个4T1细胞皮下接种到BALB/c小鼠的侧面皮下。当肿瘤大小达到100 mm~3时,向每个肿瘤注射PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米粒子（5 mg/kg）。注射后1小时,使用10Gy辐射辐照肿瘤。每3天测量一次肿瘤尺寸,18天后处死小鼠,分析并比较小鼠肿瘤变化。结果1、成功的合成两类不同的新型高Z纳米放射增敏剂超薄金纳米线及碱土金属钨酸盐BaWO4纳米颗粒,二者具有良好的稳定性、水溶性及安全性。2、合成后的GNWs涂有一层油胺,其表面是疏水的,我们用PEG化磷脂包被了GNWs,生成的DSPE-PEG（2000）胺涂层GNWs很容易分散在水溶液中。为了进行比较,我们还合成了GNSs,并用DSPE-PEG（2000）胺包被。在无辐射的情况下我们将GNWs或GNSs与4T1细胞以不同的浓度孵育。浓度较低时二者毒性都很弱,但随浓度增加它们都会引起细胞活力的显著下降,而GNWs表现出更大的生物相容性。在没有辐射的情况下,APF分析表明,GNWs的存在使羟基自由基的产生增高程度远远大于GNSs。而GNWs加辐射使细胞~1O2的水平和SOD活性急剧升高。用来测量脂质氧化水平的硫代巴比妥酸反应测定法与TBARS测定法也证实了氧化应激的增加。当GNWs与RT结合使用时,观察到了更大的脂质氧化。这体现出自由基产量增加对细胞氧化应激的影响。对于评估GNWs是否有助于RT诱导的毒性。在没有辐射的情况下,GNWs和GNSs都没有引起严重毒性反应。当5 Gy剂量的辐射作用于细胞24小时后进行ATPlite测定,两种纳米材料的毒性都有一定的增强。在4T1皮下肿瘤模型检测中,GNWs相对于GNSs显示出更明显的肿瘤细胞数量减少。同时二者我们都没有观察到发生急性毒性的迹象,在整个实验中也均未观察到小鼠的体重减轻。3、无修饰的BaWO4纳米颗粒很容易在水溶液中聚集,为了提高胶体稳定性,通过在DMF/H2O溶液中孵育PVP和BaWO4或Ca WO4纳米粒子,合成了涂覆PVP的BaWO4和Ca WO4纳米颗粒。然后我们将PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米粒子用5 Gy剂量的X射线照射。采用SOSG法和APF法分别检测单线态氧自由基和羟基自由基。单线态氧含量在纳米氧化钡或纳米氧化钙存在时几乎没有变化,但羟基自由基的数量在钨酸盐存在时急剧增加,伴有纳米氧化钡表现的更加明显。在无X射线照射的情况下,发现PVP-BaWO4纳米颗粒的毒性很低。相对的,Ca WO4纳米颗粒孵育24小时后细胞活力的降低要远高于BaWO4纳米颗粒。PVP-BaWO4或PVP-Ca WO4纳米颗粒与4T1细胞共孵育24小时,然后用5 Gy剂量的X射线照射,SOSG检测发现4h后细胞内PVP-BaWO4和Ca WO4纳米颗粒产生的~1O2水平提升,氢氧自由基的影响更大,PVP-BaWO4和PVP-Ca WO4纳米粒子的APF荧光分别增加了9.8和6.4倍。但对于Ca WO4纳米粒子,自由基浓度随着时间的推移,升高趋势逐渐减弱。而对于BaWO4纳米颗粒,即使在24小时后,自由基的增强依然十分显著。采用MTT法评估5 Gy剂量照射下PVP-BaWO4和PVP-Ca WO4纳米颗粒对细胞活力的影响。观察到由于这两种纳米颗粒的细胞毒性导致的下降水平相当。但在没有辐射的情况下,Ca WO4纳米颗粒相对有毒。在小鼠模型中评估BaWO4和Ca WO4的放疗效果。Ca WO4+RT组肿瘤生长抑制率明显低于BaWO4+RT组。同时,在使用BaWO4+RT治疗的动物中没有观察到急性或长期毒性的迹象。结论1、本研究成功的制备了两种新型高Z纳米材料的放射增敏剂,二者性质稳定,水溶性及生物相容性良好,在作为放射增敏剂增强RT治疗的同时具备较低的毒性。2、超薄金纳米线是一种很有前途的放射增敏剂,在X射线的辐射下,GNWs增强自由基产生能力方面明显优于GNSs。体外分析发现,GNWs在辐射下可以引起脂质过氧化及提升细胞内的氧化应激。当在体内进行测试时,在射线的条件下,GNWs可以比GNSs更好地抑制肿瘤。同时,其毒性较低可以安全地注射到肿瘤中以增强RT。虽然本研究目前是在乳腺癌模型中进行的,但是该方法可以尝试扩展到其他类型癌症的治疗。3、BaWO4纳米颗粒可以有效地增强RT,并作为新型放射增敏剂具有巨大潜力。当体外测试时,在没有辐照的情况下,BaWO4纳米颗粒的毒性低于Ca WO4纳米颗粒,而在辐照条件下BaWO4纳米颗粒比Ca WO4纳米颗粒更有效地增加羟基自由基的产生,显著的诱导了氧化应激,可以明显提升RT疗效。当在体内测试时,BaWO4纳米颗粒能够更有效的肿瘤抑制,并且不会引起明显的全身毒性。