高灵敏探针精准检测，放疗不再依赖“含氧量”！材料化学与肿瘤医学携手为肿瘤诊治提供新思路｜科创上海

图说：生物医用稀土材料研发团队  采访对象供图（下同）

肿瘤，让人闻之色变。医学科学家们发现，乏氧（氧含量低于正常组织）是恶性肿瘤的重要生物学特征之一，严重限制了化疗、放疗等传统抗肿瘤技术的疗效，是肿瘤能够“为非作歹”的关键因素。

乏氧已成为当代肿瘤学领域的研究热点。如何精准检测乏氧、提高放化疗疗效，方兴未艾的交叉科学大有可为。中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士和复旦大学材料科学系步文博教授领衔的生物医用稀土材料研发团队为此展开了持久且系统的多学科交叉探索研究。

团队以发展光能量转换材料为目标，构建系列基于稀土上转换发光材料的介孔核壳结构光能量转换材料，利用能量转换机制和介孔限域效应，可在肿瘤内原位触发光化学反应，实现对超低氧含量的高灵敏检测和肿瘤放化疗增效，由此推动了稀土上转换发光材料成为乏氧肿瘤诊疗的主流研究体系，促进了材料化学与肿瘤医学的交叉融合研究。相关成果也被评为2022年度上海市科学技术奖自然科学奖一等奖。

图说：研究机理

高灵敏氧含量检测探针

据介绍，极谱氧微电极技术作为最早应用的肿瘤氧含量检测技术，被认为是测定乏氧肿瘤的“金标准”。然而，这一方法技术复杂、繁琐且重复性差，技术本身的侵入性特征也给患者带来了极大痛苦，并增加了肿瘤转移的风险。

基于此，研发团队巧妙地设计了一类新型的介孔核壳结构近红外光能量转换探针，可将低能量的近红外光转换为高能量的紫外-可见光，形成了一种新型的高灵敏氧含量检测探针。“该类探针有望为活体生物组织内低氧含量的精准检测提供一种全新的解决方案。”步文博解释，新探针可在不对组织进行穿刺的前提下实现对深部原位肿瘤的氧含量分布检测；此外，探针独特的介孔空腔结构可将肿瘤组织中氧分子高效富集，并起到氧信号放大器作用——氧含量检测灵敏度提升3.2倍，实现了对乏氧区超低氧含量的高灵敏检测。

放疗增敏新机制潜力大

众所周知，放疗是临床肿瘤治疗中的重要手段。然而，X射线的“敌我不分”严重影响了临床效果，既往的放疗增敏研究则未能从乏氧角度解决根本性瓶颈。受到X射线激活纳米材料催化效应的经典机制的启发，研发团队提出了一类对乏氧肿瘤具有更大治疗潜力的放疗增敏新机制：催化放疗增敏。

“研究利用新型稀土闪烁体特有的X光能量转换发光机制，激活光敏剂半导体的I型光动力催化反应，直接将肿瘤组织中的水分子催化为羟基自由基，规避了传统有机光敏剂以能量转移机制为核心的氧气依赖性，从本质上克服了肿瘤乏氧区氧含量对放疗疗效的限制。”步文博表示。这类新疗法突破了放疗对氧含量的依赖，有望为临床乏氧肿瘤的放疗增敏提供新思路。

研发团队认为，高校和科研院所的基础研究团队与临床医院的应用团队应紧密合作，促进医工交叉融合，实现医用材料的“设计制备—性能评估—临床应用”全链条发展，以此服务临床重大疾病的精准诊断及高效治疗需求。

新民晚报记者 郜阳

（本文获得上海市2023年度“科技创新行动计划”科普专项项目的支持。）