纳米药物针对肿瘤以及其他疾病的治疗展现诸多优势，其可以更好的病灶部位富集并有效避免毒副作用。为了进一步提高纳米药物在生物疾病治疗中的效果，需要对纳米药物的很多因素进行调节。比如:纳米药物的尺寸、表面电荷和表面亲疏水性。通过理性设计纳米药物的这些因素，纳米药物可以在生物体内得到更加高效的利用并降低毒副作用。目前临床上，手术治疗、放疗和化疗仍然是最主要的治疗方法，如何通过纳米手段提高放疗和化疗的治疗效果仍然面临很大的挑战。纳米增敏剂对于放疗增敏的效果具有重要的研究应用价值。然而，纳米增敏剂在经系统给药、到达对肿瘤深部组织放疗耐受的细胞核内面临血液、肿瘤微环境等多重生理屏障。因此，如何通过调节纳米增敏剂的尺寸和表面等特性，跨越体内多种生理屏障，到达肿瘤耐受的位置来增敏放疗依然面临诸多困难。本论文主要集中于设计以金纳米颗粒为基础的，具有多种纳米特性的纳米增敏剂体系，该体系具有报告治疗效果和缓解肿瘤乏氧的属性。针对肿瘤治疗过程中存在的增敏剂递送深部不够、治疗效果报告不及时以及纳米药物表面亲疏水性对肿瘤治疗效果影响等问题，本论文的研究方向主要分成三个部分:
　　1、癌症放射治疗(RT)的临床治疗效果受限于肿瘤细胞中照射剂量不足和治疗期间无法实时报告治疗效果。在这项研究中，报道了携载FITC的荧光报告元件的一个级联/程序化纳米石榴（RNPs/FITC），其负载的报告元件具备报告肿瘤治疗效果的功能。该RNPs初始大小为110nm，在体内具有较长的循环半衰期;当RNPs富集到肿瘤之后会在肿瘤的弱酸性微环境下发生响应崩解，会释放出超小尺寸的功能性Au5（5砌金颗粒）。由于该超小尺寸的Au5的表面具有较高的正电荷，Au5会通过吸附介导内吞(AMT)的方式进行转胞运，主动渗透进入肿瘤离血管更远的组织。在携载化疗药物顺铂之后，RNPs/Pt通过细胞主动转运渗透和被动扩散渗透到肿瘤深部乏氧组织中，加强了肿瘤辐射能量和铂(Pt)前药的渗透和富集，有效增敏了EMT6肿瘤的放疗效果。同时，RT期间肿瘤细胞产生出凋亡信号（Caspase-3）可以使报告元件产生荧光，实时指示治疗效果。RNPs/FITC负载Pt前药得到RNPs/FITC/Pt，在进行尾静脉给药之后，RT由于RNPs和Pt的增敏可以富集放射能量并协同Pt进行化疗-放疗联合治疗肿瘤。结果显示，该纳米石榴显著抑制肿瘤的生长，而且可以在治疗早期对肿瘤治疗的效果实时监测。
　　2、增生性胰腺肿瘤内部存在丰富细胞外基质(ECM)，这些基质的大量沉积引起了肿瘤内部很高的间质压力(IFP)和血管功能异常，这对纳米增敏剂的渗透产生了巨大的障碍。由于稠密的外细胞基质压迫血管会引起血液灌注的限制会导致深部肿瘤组织乏氧，进一步限制了放射治疗的临床应用。现有策略主要集中在纳米颗粒作为放射增敏剂的递送，但未能解决肿瘤深部乏氧的缓解及深部组织乏氧部位递送增敏剂的问题。如何缓解肿瘤深部的乏氧和增强肿瘤深部的渗透仍然是胰腺癌放疗的主要挑战。在这里，开发了一种能够重塑肿瘤微环境的酶联金纳米石榴:它能响应肿瘤pH发生尺寸转变，并促进ECM中的胶原降解和血管系统正常化，并促进放疗增敏剂-金颗粒扩散到肿瘤的深部，从而增强放疗对胰腺癌的治疗效果。这种酶联金纳米石榴在血液循环系统中保持大尺寸(～130nm);而它在遭受酸性肿瘤微环境时立即发生响应崩解释放出～5nm金纳米颗粒和胶原酶。胶原酶有效降解基质中的胶原，使血管再扩张，增加血流灌注量，从而改善缺氧微环境。同时，释放出来的小尺寸金颗粒通过细胞主动转运渗透和被动扩散渗透到肿瘤深部乏氧组织中。我们的研究结果表明，尺寸转变的酶联纳米石榴消融了外细胞基质，促使了血管正常化，缓解了乏氧并改善了纳米增敏剂的渗透，增敏了基质致密的胰腺癌的放疗，提高了胰腺癌放疗的可行性。
　　3、纳米药物表面特性是影响纳米药物的体内命运的关键因素。解析纳米药物表面特性和纳米药物的体内命运对设计和优化纳米药物十分重要。在这部分，设计了以聚磷酸酯为基地的不同亲疏水性纳米载体，以此来研究纳米药物表面亲疏水性对纳米药物体内命运和肿瘤治疗效果的影响。结果表明，亲水性对纳米药物的体内循环很重要，然而过高的亲水性对肿瘤部位富集和细胞摄取是不利的。这部分的研究为纳米药物表面亲疏水性的设计提供了比较全面的理论依据。