Hệ thống đa gồm các tinh thể nano perovskite halide chì (CsPbX3-NC, X = Br, I) được phát triển bên trong các nanoosphere silica xốp (NS) với có các lỗ rỗng được bịt kín kết hợp chiếu xạ NC CsPbX3 làm tăng độ bền hóa học trong môi trường nước của các hạt silica, mang lại các ứng dụng cho xạ trị và chẩn đoán hình ảnh. Các nhà khoa học đã chứng minh được NC CsPbX3 thúc đẩy quá trình tạo ra các oxy đơn (1O2) trong nước dưới sự chiếu xạ tia X và bao bọc NS SiO2 kín đảm bảo bảo quản các NC bên trong sau thời gian dài tồn tại ở điều kiện môi trường khắc nghiệt. Quá trình sản xuất 1O2 được kích hoạt bởi điện từ do NC CsPbX3 giải phóng với thành phần halide (I3> I3–xBrx> Br3). Điều này mở ra khả năng thiết kế các chất nhạy với bức xạ đa chức năng có khả năng giảm liều phân phối tại chỗ và các tác dụng phụ không mong muốn ở các mô khỏe mạnh xung quanh bằng cách cải thiện tác dụng gây độc tế bào tại chỗ của các phương pháp điều trị và đồng thời cho phép chẩn đoán quang học bằng hình ảnh bức xạ.
Trong những thập kỷ gần đây, sự quan tâm đến các hạt nano trong lĩnh vực y sinh đã tăng nhanh chóng do khả năng điều chỉnh các tính chất vật lý và hóa học của chúng cũng như tính chất hóa học phong phú cho phép chức năng hóa theo thiết kế. Các lớp hạt nano chức năng khác nhau, bao gồm kim loại, chất bán dẫn, oxit kim loại/lanthanide, và các hệ thống hữu cơ hoặc lai, đã ứng dụng thành công trong một số ngành y tế, chẳng hạn như liệu pháp nano, chẩn đoán và hình ảnh. Ngày nay, một trong những ứng dụng y sinh tiên tiến nhất của hạt nano là tương tác với bức xạ ion hóa, giúp cải thiện hiệu quả của các phương pháp điều trị ung thư thông thường và chẩn đoán hình ảnh. Trong liệu pháp điều trị ung thư, một trong những phương pháp điều trị y khoa được áp dụng nhiều nhất là xạ trị (RT, chiếm khoảng 50% tổng số ca), là kỹ thuật không xâm lấn bằng cách giải phóng năng lượng bức xạ tại chỗ thông qua hiệu ứng quang điện và/hoặc tán xạ Compton để ngăn chặn sự tăng sinh của tế bào khối u, trực tiếp phá hủy DNA của chúng hoặc gián tiếp hình thành các gốc tự do gây độc tế bào─chẳng hạn như oxy đơn (1O2), siêu oxit (O2–) hoặc hydro peroxide (H2O2) thường được gọi là các oxy phản ứng (ROS), khi tương tác với môi trường nước của tế bào.
Hiện nay, để đạt được hiệu quả điều trị, bệnh nhân phải tiếp xúc với liều bức xạ cao (thường là 40–60 Gy trong một lần điều trị RT hoàn chỉnh) có nguy cơ cao gây tổn thương các vùng khỏe mạnh xung quanh do khó tập trung xạ trị chính xác vào vùng xử lý. Để giảm tiếp xúc với bức xạ, một số chiến lược đã được đề xuất để tăng ROS tại chỗ, chẳng hạn như liệu pháp quang động kích thích bằng sóng vô tuyến và xúc tác bức xạ. Chiến lược đầu tiên dựa trên việc kích hoạt chất nhạy sáng chịu trách nhiệm truyền năng lượng cho các phân tử O2 thúc đẩy sản xuất ROS, trong khi chiến lược thứ hai tận dụng các hoạt động hóa học và xúc tác của bề mặt hạt nano để tăng cường tạo ra các gốc do bức xạ gây ra, ví dụ như bằng cách phân hủy nước bằng bức xạ.
Các tinh thể nano halide kim loại (NC) ở cả dạng perovskite vô cơ hoặc lai gốc chì phổ biến (APbX3, với A = Cs, methylammonium, formamidinium, X = Cl, Br, I) hoặc ở dạng thay thế không chứa chì, gần đây đã thu hút được sự chú ý nhờ khả năng phát hiện bức xạ ion hóa, được đánh giá cao vì số nguyên tử trung bình cao (Z) giúp tăng khả năng tương tác với bức xạ ion hóa (Pi ∼ Zn, với n = 1–5 tùy thuộc vào loại bức xạ và tương tác) với độ bền cao. Điều quan trọng là dễ điều chỉnh phổ phát xạ của chúng từ UV sang NIR khiến chúng trở thành ứng viên làm chất đánh dấu sinh học cho hình ảnh, khắc phục những hạn chế của các chất huỳnh quang thông thường, phù hợp với cửa sổ trong suốt gần bước song hồng ngoại của các mô sinh học. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng đồng thời các NC LHP trong chẩn đoán và điều trị, hoạt động như các chất nhận diện bức xạ sinh học để xác định và nhắm mục tiêu vào các khu vực bị bệnh và đồng thời là chất gây nhạy cảm cho xạ trị tăng cường.
Mặc dù có triển vọng nhưng hiện có rất ít nghiên cứu về chẩn đoán và điều trị y tế dựa trên NC halogen kim loại, chủ yếu là do độ ổn định thấp của chúng trong môi trường nước dẫn đến chúng hòa tan nhanh và giải phóng các ion Pb2+ có khả năng gây hại. Gần đây, các chiến lược cải tiến để hiện thực hóa NC CsPbX3 chất lượng cao bên trong các ma trận vật chủ không thấm đã được đề xuất, bao gồm các hạt SiO2 có lỗ xốp trung bình, vỏ bán dẫn, khung kim loại-hữu cơ, kính và oxit kim loại, giúp bảo toàn các đặc tính phát quang của NC vật chủ ngay cả trong môi trường khắc nghiệt và ngăn ngừa sự phân tán Pb trong môi trường xung quanh, loại bỏ hiệu quả các hạn chế đối với ứng dụng của loại vật liệu này trong môi trường sinh học. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có nghiên cứu nào tiếp cận việc sử dụng NC halogen kim loại để xạ trị.
Trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học hướng tới việc chứng minh NC CsPbX3 (X = Br, I) được tổng hợp trực tiếp bên trong các nano tinh thể silica có lỗ xốp trung bình (SiO2–NS) hoạt động như chất nhạy tia X hiệu quả để tạo ra các loài 1O2, tăng cường hiệu quả của NS SiO2 trần lên hơn 10 lần. Điều thú vị là chúng tôi thấy rằng hiệu ứng nhạy tia X 1O2 chủ yếu là do giải phóng các electron thứ cấp của NS CsPbX3–SiO2 mà không làm tắt phát quang bức xạ (RL) của chúng và phát quang thông thường (PL) không bị ảnh hưởng bởi liều bức xạ cao hoặc do lưu trữ kéo dài trong môi trường nước (ngay cả trong dung dịch có tính axit cao). Những kết quả này, kết hợp với việc ức chế rò rỉ cation Pb2+ bên ngoài NS, có thể thực hiện được nhờ việc bịt kín hoàn hảo các lỗ xốp rống, mở ra khả năng triển khai NS CsPbX3–SiO2 làm chất đánh dấu kích thích bức xạ và tác nhân điều trị.
Các NS CsPbX3–SiO2 có thành phần halide khác nhau (cụ thể là CsPbBr3, CsPbBr1.5I1.5 và CsPbI3) được tổng hợp bằng cách sử dụng SiO2 NS làm khuôn mẫu nhờ kỹ thuật tăng giới hạn trạng thái rắn với sự có mặt của muối kali làm tác nhân thiêu kết, thúc đẩy sự sụp đổ hoàn toàn của cấu trúc xốp, cô lập các NC CsPbX3 bên trong khỏi môi trường bên ngoài và duy trì độ hòa tan tốt của các NS trong nước. Cụ thể, các NS SiO2 hình cầu có đường kính ∼200 nm và phân bố đều các kích thước lỗ xốp bên trong được phân tán trong dung dịch nước cất có chứa tỷ lệ thích hợp các tiền chất NC và khuấy liên tục để hỗ trợ quá trình ngâm các ion bên trong các lỗ rỗng. NC CsPbX3 được tổng hợp bên trong các lỗ rỗng bằng cách sấy khô ở 80 °C để loại bỏ dung môi dư thừa, sau đó đun nóng ở 600 °C với muối kali (lần lượt là K2CO3 và KI) để kích hoạt phản ứng nung. Bên cạnh việc thúc đẩy sự hình thành NC CsPbX3, nhiệt độ cao cũng thúc đẩy sự sụp đổ hoàn toàn của các lỗ rỗng SiO2, bao bọc NC bên trong NS và bảo vệ chúng khỏi quá trình oxy hóa và nóng chảy. Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng, NS CsPbX3–SiO2 được rửa bằng nước siêu tinh khiết nhiều lần để loại bỏ các tiền chất chưa phản ứng và các sản phẩm có thể hình thành bên ngoài NS, thu thập thông qua quá trình ly tâm, sấy khô ở 60 °C và cuối cùng được phân tán lại trong nước.
Các nhà khoa học đã tổng hợp và nghiên cứu các NS CsPbX3–SiO2 siêu bền kết hợp khả năng tương tác mạnh và các đặc điểm của NC halide chì với độ bền của silica. Dữ liệu nghiên cứu chỉ ra thêm rằng quá trình sản xuất 1O2 là kết quả trực tiếp của việc giải phóng các chất mang thứ cấp có năng lượng cao trong môi trường và không yêu cầu dập tắt phát quang phóng xạ, do đó có cho phép sử dụng làm cả tác nhân điều trị và chất đánh dấu phóng xạ. NS vẫn giữ được các đặc tính quang học trong điều kiện nước và pH khắc nghiệt và khi tiếp xúc lâu dài với bức xạ ion hóa. Những kết quả này đưa ra hướng dẫn thiết kế chất nhạy cảm với bức xạ Z cao để tăng cường hiệu quả điều trị tại chỗ của RT, giảm liều lượng phân phối và tổn thương tiếp theo đối với các mô khỏe mạnh và do đó có khả năng cải thiện chất lượng cuộc sống của bệnh nhân trong và sau quá trình điều trị bằng tia X.
Từ khóa: chiếu xạ;xạ trị;
– CMD –
