The invention provides polymeric H-NOX proteins for the delivery of oxygen with longer circulation half-lives compared to monomeric H-NOX proteins. Polymeric H-NOX proteins extravasate into and preferentially accumulate in tumor tissue for sustained delivery of oxygen. The invention also provides the use of H- NOX proteins as radiosensitizers for the treatment of brain cancers.La présente invention concerne des protéines H-NOX polymères destinées à administrer de l'oxygène, lesdites protéines présentant des demi-vies plus longues dans la circulation par rapport à des protéines H-NOX monomères. Lesdites protéines H-NOX polymères s'épanchent à l'intérieur des tissus tumoraux et s'accumulent de préférence en leur sein pour une administration prolongée d'oxygène. L'invention concerne également l'utilisation de protéines H-NOX comme agents radio-sensibilisateurs pour le traitement de cancers du cerveau.