研究进展：放射治疗（RT）是一种临床常用的癌症治疗方法，其利用高能电离辐射，通过水分子的辐射分解产生细胞毒性活性氧（ROS），从而引起癌细胞DNA损伤并导致细胞凋亡。因此，预先增加肿瘤的放射敏感性、增加ROS的形成、抑制受损的DNA修复均可有效提高RT的治疗效果。为了提高抗肿瘤疗效并减少副作用，目前已开发了多种化学放射增敏剂。研究表明，化疗药物亚硒酸可在癌细胞中诱导ROS产生并导致细胞凋亡。并且，二硒键对电离辐射敏感，易断裂并氧化成亚硒酸。因此，含二硒键的化合物可能是潜在的放射增敏化合物。此外，临床上广泛使用的放射增敏剂大多为硝基咪唑，其可与DNA自由基反应并产生类似氧气的电离辐射，从而导致细胞死亡，产生放射增敏效应。并且，在放疗过程中实时监测肿瘤中ROS水平对于了解放射增敏过程和预测治疗效果至关重要。众所周知，第二近红外窗口（NIR-II）荧光成像因其非入侵性、低信噪比、高灵敏度以及高时空分辨率等优势被广泛应用于生物医学领域，而比率型NIR-II荧光成像可精确检测细胞或生物体的功能生物分子。因此，具有激活比率信号的探针将成为准确监测癌症治疗反应的潜在传感器。
解决方案： 在本文中，作者设计并合成了一种具有协同放射增敏能力的ROS响应比率型NIR-II荧光探针BBT-IR/Se-MN，用于在增敏RT期间监测ROS水平并早期预测治疗效果。该探针中的有机二硒化合物和电子亲和硝基化合物（MN）可用于增强RT效应。二硒谜可被放射治疗诱导裂解成活性氧物种，从而提高肿瘤细胞内ROS水平。同时，得益于苯并噻二唑基团（BBT）向ROS响应荧光团IR的荧光共振能量转移（FRET）作用，ROS的水平可通过比率式NIR-II荧光成像进行精确监控。此外，MN可阻碍氧化损伤的DNA修复从而提高肿瘤细胞的放射敏感性。并且，作者已在皮下肿瘤和原位神经胶质瘤小鼠模型中验证了该探针的放射增敏和RT效应的早期预测。
图一：（A）ROS响应比率NIR-II荧光分子BBT-IR/Se-MN的示意图。（B）药物分子BBT-IR表征。（C）BBT-IR/Se-MN在体内比率NIR-II 荧光成像信号强度和比率变化以及肿瘤大小变化。（D）原位胶质瘤放射治疗不同处理下的小鼠生物发光图像。
结论：在这项工作中，作者开发了一种含有二硒醚和硝基咪唑类化学放射增敏剂的X射线响应性放射药物分子（BBT-IR/Se-MN）。其通过多种机制增强放射治疗效果，并可在放疗期间监测肿瘤中的ROS水平。此外，该集成系统已成功应用于放射敏化和体外和体内RT功效的早期预测。
参考文献：Jibin Song et al. A Radio-Pharmaceutical Fluorescent Probe for Synergistic Cancer Radiotherapy and Ratiometric Imaging of Tumor Reactive Oxygen Species. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305744.
