目的:放射治疗（放疗）是临床肿瘤治疗中应用最广泛、最有效的治疗手段之一,但由于肿瘤组织具备一定的放射抵抗性,从而在很大程度上限制了其肿瘤治疗效果。纳米技术的发展,推动了放疗增敏剂的开发和应用,然而传统放疗增敏剂往往忽略了过高的辐射剂量对于正常健康组织的毒副作用。因此,寻求同时具有放疗增敏和辐射防护能力的纳米制剂对于提高肿瘤治疗效果并且改善预后至关重要。本文选用结构稳定且具有原子精确的Mn₁₂团簇,利用其在不同PH环境中的催化方向转变来实现放疗增敏和辐射防护的双重功能。方法:1.Mn₁₂团簇的合成及表征:（1）制备高产率Mn₁₂团簇,用电子透射显微镜、紫外可见吸收光谱和X射线光电子能谱等分析其外观形态、结构组成及特性。（2）通过循环伏安法评估Mn₁₂团簇在不同pH环境下的催化氧化能力;用水杨酸法测定该团簇在不同pH条件下对于羟自由基的清除能力。2.体外实验:体外的放疗增敏和辐射防护研究选取小鼠乳腺癌细胞4T-1和小鼠卵巢细胞CHO作为研究对象,通过MTT法检测Mn₁₂团簇的细胞毒性和在不同剂量γ射线照射下的细胞存活率。并且使用DCFH-DA（2’,7’-二氯荧光黄双乙酸盐）探针来检测细胞内活性氧（ROS）水平变化。3.体内放疗增敏实验:构建小鼠乳腺癌皮下瘤模型。将荷瘤鼠随机分为单纯照射组、给药加照射组和空白对照组。给药组小鼠通过尾静脉注射10mg/ml Mn₁₂团簇溶液200μl。并将给药加照射组小鼠和单纯照射组小鼠分别于第0天、第5天和第10天给予5 Gy、3 Gy和3 Gy的γ射线照射,观察并记录各组小鼠体重和肿瘤体积变化情况,并在治疗结束后,取小鼠主要脏器和肿瘤组织进行染色,分析其肿瘤组织中的HIF-1α水平及主要脏器的病理学变化。4.体内辐射防护实验:在全身照射前30分钟通过腹腔注射10mg/ml浓度的Mn₁₂团簇溶液200μl,观察小鼠的30天存活情况,并且评估辐照后各组小鼠的肝脏、肺脏的超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）水平以及股骨有核细胞数和骨髓DNA含量。结果:1.Mn₁₂团簇的合成及表征:通过两步法合成高产率Mn₁₂团簇,用电子透射显微镜观察发现合成的Mn₁₂团簇粒径均匀且分散性较好。紫外可见吸收光谱对Mn₁₂团簇水溶液进行分析,得到了297nm处的特征吸收峰。X射线光电子能谱分析发现Mn₁₂团簇中有Mn³⁺和Mn⁴⁺共存,且含量比约为2:1。通过循环伏安法测定发现该团簇显示出pH依赖的催化产氧能力,随着pH值下降,氧气产量逐渐增加。随后,通过水杨酸法测定该团簇对于羟自由基的清除能力发现,该团簇在偏中性环境中具有较高的清除自由基能力。Mn₁₂团簇的系列表征分析为下一步的体内外放疗增敏和辐射防护研究奠定了基础。2.体外实验:体外的细胞毒性实验结果表明,Mn₁₂团簇具有良好的生物相容性,即使在300μg/ml的高给药浓度下,该团簇也不具有明显的细胞毒性。在γ射线照射下,随着照射剂量的增加,Mn₁₂团簇给药组的4T1细胞存活率相比较单纯照射组明显下降。通过对细胞内活性氧水平检测发现,Mn₁₂团簇在肿瘤细胞的酸性环境中加剧了辐射诱导后ROS的产生,同时可以有效降低辐照后中性pH环境下正常CHO细胞内的ROS水平。评价该团簇在不同细胞中产生的不同作用为后续的体内放疗实验提供了支撑。3.体内放射增敏实验:通过对各组小鼠治疗后的效果评价发现,与单纯照射组和空白对照组相比较,Mn₁₂团簇给药加照射组小鼠的肿瘤生长得到了明显抑制,说明该团簇具有有效的放射增敏能力,可以显著改善体内放射治疗效果。并且对治疗后肿瘤组织切片进行缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的免疫荧光染色发现,在给药加照射组中几乎未检测到HIF-1α的阳性表达,证实了Mn₁₂团簇可通过催化产氧来显著改善肿瘤组织的乏氧状态,提高放射治疗效果。并经Tunel染色和H&E染色证明,Mn₁₂团簇给药加照射组小鼠的肿瘤组织相比较其余对照组而言,显示出较高的凋亡水平和较多的坏死细胞。说明Mn₁₂团簇在体内具有良好的放疗增敏能力。4.体内辐射防护实验:小鼠经腹腔注射浓度为10mg/ml的Mn₁₂团簇溶液200μl后,接受6.5Gy的全身致死剂量照射。观察各组小鼠的30天存活情况发现,给药加照射组小鼠存活率高达100%,而单纯照射组小鼠的30天存活率仅有50%。通过进一步对其体内辐射防护机制进行研究发现,辐照后给药加照射组小鼠的股骨有核细胞数和骨髓DNA含量相比于单纯照射组显著增加,表明Mn₁₂团簇可以有效保护造血系统以减少辐射损伤。通过对肝脏和肺脏的超氧化物歧化酶（SOD）以及丙二醛（MDA）含量测定发现,辐照后,给药加照射组小鼠的SOD水平与正常小鼠体内的SOD水平无明显差异,同时MDA含量也恢复至正常,说明在辐照过程中体内产生的过量自由基得到了有效清除,体内的氧化应激水平得到了恢复。进一步证实该团簇对于正常组织可以实现良好的辐射防护功能。结论:原子精度的超小Mn₁₂团簇在不同pH环境下具有催化选择能力,该团簇可以同时实现在肿瘤部位的放疗增敏和对正常组织的辐射防护。Mn₁₂团簇在酸性的肿瘤微环境下通过催化作用产氧以改善肿瘤部位的乏氧状态,并可增加放疗过程中的氧自由基产生,提高放射线对肿瘤组织的杀伤能力,从而实现放疗增敏功能。同时在正常组织pH偏中性的环境下,Mn₁₂团簇具有良好的清除自由基的能力,可以清除在辐照过程中产生的过量自由基,保护正常组织免受射线损伤。