众所周知，恶性肿瘤严重危害人类生命健康，其中，实体肿瘤占临床恶性肿瘤85%以上，而乏氧是实体肿瘤的重要特征之一。由于肿瘤乏氧区的存在，降低了肿瘤对放疗、化疗的敏感性，导致肿瘤新生血管及乏氧诱导因子的形成，诱发肿瘤细胞的复发、侵袭和转移，成为肿瘤难以治愈的根本原因。因此，针对乏氧肿瘤的高效治疗是国际医学界公认的实现肿瘤彻底治愈必须克服的重要难题。
中国科学院上海硅酸盐研究所研究员施剑林、步文博带领的研究团队，在稍早期的研究工作中已成功实现了高灵敏氧感应探针实时监控乏氧肿瘤区氧合状态，在此基础上，最近他们借助于稀土化学组分调控和微结构功能化设计，提出了“克服乏氧”、“利用乏氧”和“规避乏氧”三种全新的乏氧肿瘤治疗策略，在新型多功能稀土纳米诊疗剂用于乏氧肿瘤的高效精准治疗中取得了系列创新进展。
首先，基于“克服乏氧”的治疗策略，他们设计了一种新型的复合结构稀土纳米诊疗剂，即利用负载上转换纳米诊疗剂的MnO2纳米片层，可以同时实现乏氧响应型上转换发光成像和氧增强型光动力学治疗/放疗协同治疗。
该结构设计不仅可以借助于MnO2与乏氧实体瘤内酸性H2O2还原成无色Mn2+，恢复被MnO2淬灭的UCSs的发光信号，实现高灵敏UCL成像，用于精确定位乏氧肿瘤的位置；同时，利用MnO2与酸性H2O2之间的氧化还原反应，可以产生大量的O2，有效提高乏氧区的氧分压，显著增强光动力学治疗和放疗对乏氧实体瘤的协同杀伤作用，从而达到抑制乏氧实体瘤的生长、侵袭和转移的目的。
其次，基于“利用乏氧”的治疗策略，他们设计了一种基于上转换发光探针、光敏剂分子和生物还原性药物共担载的新型多功能纳米诊疗体系，实现了动力学治疗/化疗高效协同治疗。
该结构设计的创新思路是借助于光动力学治疗技术耗氧的特点，并利用由此所产生的乏氧微环境，协同增强生物还原药物对乏氧肿瘤的杀伤力；即借助于高组织穿透深度的近红外激发光，激发探针发出紫外光和可见光，用于激活光敏剂分子，PDT产生的1O2可以破坏肿瘤微血管，加剧肿瘤细胞微环境乏氧程度，进而显著提升生物还原药物的抗癌效果，最终达到高效治疗实体肿瘤的目的。
最后，基于“规避乏氧”的治疗策略，他们设计了两种新型多功能稀土诊疗剂，分别利用肿瘤微环境中的水分子和原位控释的NO分子，实现了基于乏氧肿瘤的“X射线诱导X-PDT/放疗”和“X射线诱导NO控释/放疗”两类高效双模式协同治疗。这些新型诊疗剂不仅克服了传统PDT激发光源活体组织穿透深度低的缺陷，而且显著提高了X射线的能量利用率，对临床乏氧肿瘤的高效微创治疗具有重要意义。