作者团队包括Shigao Huang、Min Xu、Qingyue Da、Linlin Jing和Haibo Wang，分别来自中国西安市的空军军医大学以及西安交通大学。他们的研究文章发表于《Cancers》期刊，2024年第16卷第351篇，并于2024年1月13日正式发表。
癌症是全球主要的死亡原因之一。放射治疗（radiotherapy）作为主要的治疗手段，以其非侵入性、低副作用以及对药物耐药患者的适用性而被广泛应用。在此基础上，免疫治疗结合放射治疗的发展也迅速推进。然而由于电离辐射（ionizing radiation, IR）会对正常组织和免疫系统造成氧化应激（oxidative stress）和炎症反应所引起的不良影响，这在临床上已成为一大关注点。
目前，虽然已有一些放射保护剂（如Amifostine WR2721）被美国FDA批准用于临床，但其严重副作用（如低血压、呕吐和恶心）限制了广泛使用。因此，开发具有更高活性，且毒性副作用更低的放射防护剂显得尤为必要。本研究重点探索基于硝基自由基（nitronyl nitroxide radicals, NRs）的抗氧化剂，以及以三苯膦离子为靶标的线粒体靶向纳米药物（nanoparticles, NPs）。研究希望通过这些创新方法，从源头保护正常组织细胞免受辐射损害。
此次研究的主要目标是通过开发一种新型三苯膦结合硝基自由基（TPP-NIT）及其纳米颗粒（NPs-TPP-NIT），探索其在体外和体内模型中的抗辐射氧化损伤能力。在此过程中，研究团队考察了颗粒的抗氧化特性、细胞摄取效率、对细胞活力的影响以及小鼠生存率等，全面评估该纳米颗粒作为放射防护剂的潜力。
研究共分为以下几个关键步骤：
研究团队在实验室合成了带有三苯膦离子修饰的硝基自由基分子（TPP-NIT）。随后将其通过改进的乳化溶剂蒸发法装载至PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）纳米载体中，形成NPs-TPP-NIT。这种纳米颗粒的粒径集中在88.62 ± 2.75 nm，具有较低的多分散性指数（PDI = 0.248）以及良好的封装效率（>95%）。透射电子显微镜分析显示颗粒呈现规则的球形外观，并具有稳定的分布及显著低的血液溶解率（%）。
通过激光共聚焦显微镜，团队观察了L-02人正常肝细胞对以Cy5.5标记的NPs的细胞内分布情况。结果显示，纳米颗粒在12小时后已被大量细胞摄取，分布均匀且摄取浓度随时间显著增强。此外，研究在小鼠模型中测定了NPs的主要器官分布情况，发现颗粒在注射后2小时迅速分布于小鼠脾脏、肝脏、肺和肾脏等器官中，并在48小时后检出较低的残余荧光信号，这表明颗粒的体内清除是时间相关的。
通过细胞计数试剂盒8（CCK-8）实验，团队评估了不同浓度的NPs-TPP-NIT对L-02细胞的毒性和保护作用。在没有辐射的情况下，当NPs-TPP-NIT浓度在1.5 × 10^(-8) mmol至1.5 × 10^(-2) mmol时，L-02细胞未见显著毒性反应。而在2～8 Gy的X射线辐射下，NPs-TPP-NIT显著提高了细胞存活率，其中6 Gy辐射条件下存活率提升最大（78.3%）。此外，NPs在对胃癌细胞（MKN28、MKN45）、肝癌细胞（HepG2）和胃上皮细胞（GES）的辐射敏感性上没有显著影响，这表明颗粒选择性作用于保护正常细胞，而不干扰辐射对癌细胞的抑制作用。
利用指标检测发现，相对于未经处理的辐射组，NPs-TPP-NIT显著恢复了L-02细胞中超氧化物歧化酶（SOD）活性并降低了丙二醛（MDA）水平。同时，流式细胞术与Western blot分析表明，参与细胞凋亡的Bax/Bcl-2比例和Cleaved-caspase 3表达在NPs处理下显著回落。
研究通过系列毒性实验发现，按每天5 mg/kg体重高剂量给药14天，NPs-TPP-NIT对鼠肝肾指标、血液学指标和组织结构均未造成显著损害。在6 Gy全身辐射的小鼠模型中，NPs显著防止红细胞、白细胞及血小板数量下降，并在总生存率上从对照组的20%提高到70%，有效缓解了辐射引起的急性损害。
研究表明，NPs-TPP-NIT不仅在体外具有显著的抗氧化以及抗凋亡作用，在体内更通过良好的血液相容性和稳定分布，实现了高效的放射保护能力。尤其在强氧化应激环境中，其作为线粒体靶向纳米保护剂的效果明显优于传统放射保护剂（如WR2721）。
本研究为进一步应用纳米颗粒技术解决临床放射防护问题开创了新思路，具有潜在的应用价值。未来若能够结合更广泛的动物肿瘤模型实验验证，该技术将有望为癌症患者提供更安全高效的抗辐射保护解决方案。