Dennis Brueckner, Sylvain Bohic, Benoit Busser, Lucie Sancey, Frédéric Chaput, Vincent Motto-Ros, Frédéric Lerouge, Jan Garrevoet, Jean-Luc Ravanat, Mans Broekgaarden, Hélène Elleaume, Christophe Dujardin, Victor Baisamy, Antonia Youssef, Anne-Laure Bulin, Synchrotron Radiation for Biomedicine = Rayonnement SynchroTROn pour la Recherche BiomédicalE (STROBE), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire de Chimie - UMR5182 (LC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Deutsches Elektronen-Synchrotron [Zeuthen] (DESY), Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association, Cancer Targets & Experimental Therapeutics, Institute for Advanced Biosciences / Institut pour l'Avancée des Biosciences (Grenoble) (IAB), Centre Hospitalier Universitaire [Grenoble] (CHU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Etablissement français du sang - Auvergne-Rhône-Alpes (EFS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre Hospitalier Universitaire [Grenoble] (CHU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Etablissement français du sang - Auvergne-Rhône-Alpes (EFS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie (CIBEST ), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Département Interfaces pour l'énergie, la Santé et l'Environnement (DIESE), Luminescence (LUMINESCENCE), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Spectrométrie des biomolécules et agrégats (SPECTROBIO), ANR-11-LABX-0063,PRIMES,Physique, Radiobiologie, Imagerie Médicale et Simulation(2011), ANR-11-INBS-0006,FLI,France Life Imaging(2011), Lerouge, Frédéric, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes (UGA), European Synchroton Radiation Facility [Grenoble] (ESRF), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Rayet, Béatrice, Physique, Radiobiologie, Imagerie Médicale et Simulation - - PRIMES2011 - ANR-11-LABX-0063 - LABX - VALID, Infrastructures - France Life Imaging - - FLI2011 - ANR-11-INBS-0006 - INBS - VALID, and École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Advanced science xx, 2001675 (1-18) (2020). doi:10.1002/advs.202001675, To improve the prognosis of glioblastoma, innovative radiotherapy regimens are required to augment the effect of tolerable radiation doses while sparing surrounding tissues. In this context, nanoscintillators are emerging radiotherapeutics that down‐convert X‐rays into photons with energies ranging from UV to near‐infrared. During radiotherapy, these scintillating properties amplify radiation‐induced damage by UV‐C emission or photodynamic effects. Additionally, nanoscintillators that contain high‐Z elements are likely to induce another, currently unexplored effect: radiation dose‐enhancement. This phenomenon stems from a higher photoelectric absorption of orthovoltage X‐rays by high‐Z elements compared to tissues, resulting in increased production of tissue‐damaging photo‐ and Auger electrons. In this study, Geant4 simulations reveal that rare‐earth composite LaF$_3$:Ce nanoscintillators effectively generate photo‐ and Auger‐electrons upon orthovoltage X‐rays. 3D spatially resolved X‐ray fluorescence microtomography shows that LaF$_3$:Ce highly concentrates in microtumors and enhances radiotherapy in an X‐ray energy‐dependent manner. In an aggressive syngeneic model of orthotopic glioblastoma, intracerebral injection of LaF$_3$:Ce is well tolerated and achieves complete tumor remission in 15% of the subjects receiving monochromatic synchrotron radiotherapy. This study provides unequivocal evidence for radiation dose‐enhancement by nanoscintillators, eliciting a prominent radiotherapeutic effect. Altogether, nanoscintillators have invaluable properties for enhancing the focal damage of radiotherapy in glioblastoma and other radioresistant cancers., Published by Wiley-VCH, Weinheim