硼烯纳米材料在粒子治疗和中子捕获治疗应用取得重要突破

武汉大学医学物理彭浩教授团队与中南医院谢丛华教授，物理科学与技术学院潘春旭教授合作，首次提出将硼烯材料作为放疗增敏剂，增强粒子治疗和中子治疗疗效的放疗方案。近期，国际期刊《生物材料科学》（Biomaterials Science）在线发表了该团队的研究成果。

论文题为“Potential role of borophene as radiosensitizer in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) and Particle Therapy (PT)”，武汉大学研究生祁朋远和陈潜源为论文共同第一作者，彭浩教授，谢丛华教授和潘春旭教授为论文共同通讯作者。

(a) 硼烯作为放疗增敏剂提高粒子治疗和硼中子治疗治疗效果示意图；(b) 硼烯材料的电子能量损失谱；(c) 硼烯在不同细胞下的毒性检测；(d) 粒子治疗和硼中子治疗下硼烯的剂量增敏图。

粒子治疗（PT）和硼中子治疗（BNCT）能将绝大多数的辐射能量沉积到肿瘤区域，对肿瘤造成伤害，同时有效地保护周围的正常器官。硼中子治疗主要利用硼10元素和热中子的反应，将含有硼10的化合物打入到人体肿瘤区域后，将能量沉积到肿瘤区域。粒子治疗主要利用其“布拉格峰”的特点对患者肿瘤细胞进行有效杀伤，但粒子在穿过正常组织到达靶区的路径中产生大量中子，这些中子可以特异性地结合硼10药物，从而可以提高粒子治疗的治疗效果。由于非放射性B10能够发生中子俘获进而发生核裂变反应。B10在受到适当能量的中子照射后会生成活化的B11随即裂变为高能α粒子（氦原子核）和高能Li核。此外，传统硼10药物由于分子量较低，在肿瘤区域的停留时间较短，因此新型含硼药物的开发也是推进粒子治疗和硼中子治疗的关键技术之一。

为了克服分子束外延的技术的局限性，团队探究出一种简单有效、绿色环保的球磨辅助超声化学法宏量制备新型硼烯材料，合成的硼烯在高达0.2 mg/ml的浓度下表现出良好的生物相容性。结合空间分布和剂量沉积，进行了有硼烯存在的体外微量剂量研究。合理地设计蒙特卡洛计算模型验证了其在粒子治疗和硼中子治疗中的应用前景。实验表明，对于质子治疗，未发现剂量增敏的显着变化；对于碳粒子治疗剂量增敏增加约5％；对于硼中子俘获治疗可以获得大于2的剂量增敏。该研究为在癌症治疗中利用新型基于硼烯的纳米材料作为放射增敏剂以及成像探针奠定了基础。并首次提出了硼10药物作为粒子放疗增敏剂而使用这一全新概念，为粒子治疗的发展起到了推动作用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D0BM00318B