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科研進展

硼烯納米材料在粒子治療和中子捕獲治療應用取得重要突破

來源:  發布時間:2020-04-16 10:24:32 點擊次數:

武漢大學醫學物理彭浩教授團隊與中南醫院謝叢華教授,物理科學與技術學院潘春旭教授合作,首次提出將硼烯材料作為放療增敏劑,增強粒子治療和中子治療療效的放療方案。近期,國際期刊《生物材料科學》(Biamaterials Science)在線發表了該團隊的研究成果。

論文題為“Potential role of borophene as radiosensitizer in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) and Particle Therapy (PT)”,武漢大學研究生祁朋遠和陳潛源為論文共同第一作者,彭浩教授,謝叢華教授和潘春旭教授為論文共同通訊作者。

(a) 硼烯作為放療增敏劑提高粒子治療和硼中子治療治療效果示意圖;(b) 硼烯材料的電子能量損失譜;(c) 硼烯在不同細胞下的毒性檢測;(d) 粒子治療和硼中子治療下硼烯的劑量增敏圖。

粒子治療(PT)和硼中子治療(BNCT)能將絕大多數的輻射能量沉積到腫瘤區域,對腫瘤造成傷害,同時有效地保護周圍的正常器官。硼中子治療主要利用硼10元素和熱中子的反應,將含有硼10的化合物打入到人體腫瘤區域后,將能量沉積到腫瘤區域。粒子治療主要利用其“布拉格峰”的特點對患者腫瘤細胞進行有效殺傷,但粒子在穿過正常組織到達靶區的路徑中產生大量中子,這些中子可以特異性地結合硼10藥物,從而可以提高粒子治療的治療效果。由于非放射性B10能夠發生中子俘獲進而發生核裂變反應。B10在受到適當能量的中子照射后會生成活化的B11隨即裂變為高能α粒子(氦原子核)和高能Li核。此外,傳統硼10藥物由于分子量較低,在腫瘤區域的停留時間較短,因此新型含硼藥物的開發也是推進粒子治療和硼中子治療的關鍵技術之一。

為了克服分子束外延的技術的局限性,團隊探究出一種簡單有效、綠色環保的球磨輔助超聲化學法宏量制備新型硼烯材料,合成的硼烯在高達0.2 mg/ml的濃度下表現出良好的生物相容性。結合空間分布和劑量沉積,進行了有硼烯存在的體外微量劑量研究。合理地設計蒙特卡洛計算模型驗證了其在粒子治療和硼中子治療中的應用前景。實驗表明,對于質子治療,未發現劑量增敏的顯著變化;對于碳粒子治療劑量增敏增加約5%;對于硼中子俘獲治療可以獲得大于2的劑量增敏。該研究為在癌癥治療中利用新型基于硼烯的納米材料作為放射增敏劑以及成像探針奠定了基礎。并首次提出了硼10藥物作為粒子放療增敏劑而使用這一全新概念,為粒子治療的發展起到了推動作用。


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