漂亮!新型纳米材料定向爆破癌细胞

来源:奇点网 / 作者: / 2016-02-26
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对军事战争感兴趣的人,一定听说过一个牛逼的军事术语–外科手术式打击。每一个下达作战命令的军官,在说完“外科手术式打击”后,浑身都是通透的。

在军事上,“外科手术式打击”对被打击对象来讲,是毁灭性的。但是在医疗圈,真正的外科手术却没那么厉害。尤其是在面对穷凶恶极的癌症的时候。

对于那些体内已经存在肿瘤的患者,一般会通过手术切除肿瘤。手术中,医生也想一次清除患者体内的所有癌细胞,但是现实中医生总是处于两难的境地:多切点病灶吧,怕严重损害器官功能;少切点儿吧,残余的癌细胞可能会死灰复燃。其实,医生根本就不知道癌组织与健康组织的界限在哪里。

所以通常在术后,为了巩固手术效果,医生还会根据患者的情况为患者安排化疗或者放疗。但是这种疗法对人体来说会有很大的毒副作用,比较常见的会有脱发、恶心呕吐、食欲不振和白细胞或血小板减少等等,让患者痛不欲生。

说到这里你肯定要问:有没有更好的方法可以为手术治疗兜底的?你肯定知道答案是:有!要不然就没这篇文章了。

美国德州的莱斯大学(Rice University)为这件事情操碎了心。莱斯大学有个研究团队十余年如一日研究一个新项目,意欲把手术后残余的癌细胞一扫光。在这个项目上,他们拼了几代研究僧,发了好多文章。终于发现了一种纳米技术可以帮手术治疗“擦屁股”。

 

聚集在细胞表面的纳米金属颗粒【D. S. Wagner et al.,Biomaterials, 31 (2010)

一般来讲,实体肿瘤里面都会长有血管。莱斯大学的研究人员把纳米金属粒子注射到肿瘤组织的血管中,这些纳米金属粒子会自己穿过血管,进入肿瘤组织中,并聚集在癌细胞附近。然而,细胞都是很“爱干净”的,当这些纳米金属颗粒聚集在细胞表面时,细胞就把纳米金属颗粒吞掉。这就是作死的第一步,因为细胞不知道自己吞进去的是“特洛伊木马”。然后研究人员就拿着红外激光发射器照射手术部位。剩下的剧情你都知道了:金属离子发热,把细胞“烫死”了。完了!

就这么简单!?

肯定不是啊,要是这么简单的话,这项技术还不早就问世了。毕竟纳米金属粒子到处都是。

不幸的事有二:健康的细胞也会“吞食”纳米金属颗粒;连续的红外激光能量太强,也会伤及健康细胞。这又折磨了莱斯大学研究人员一段时间。

终于在上周,莱斯大学的物理学家Dmitri Lapotko研究团队漂漂亮亮地解决了这个问题。他们的研究结果最终发表在《自然纳米技术》上(1)

为了改进这种纳米金属粒子技术,Dmitri Lapotko研究团队把很难用标准方法治愈的鳞状细胞癌移植到小鼠身上,在这些小鼠身上做了大量的研究。

首先解决精准定位问题。这一部分就是让纳米金属颗粒只去癌细胞表面聚集。有没有方法呢?有啊!现在大热的细胞免疫疗法不就是么。只需找到癌细胞表面的特殊标志物,然后找到相对应的免疫蛋白抗体,将其结合到纳米金属颗粒上即可,这样的纳米金属颗粒就像长了眼睛一样,专挑癌细胞表面聚集。

第二步,降低红外激光的能量。由于第一步的精巧设计,大量的纳米金属颗粒会成簇的聚集在癌细胞表面,然后被癌细胞成簇的吞下,而健康细胞里面几乎没有纳米金属颗粒。所以这回只需要使用超短波红外线脉冲即可加热纳米金属颗粒“烫死”癌细胞了。

 

(上)橙黄色的纳米金属颗粒带着绿色的抗体蛋白穿梭于血管和肿瘤组织中;(下)大量长了“眼睛”的纳米金属颗粒聚集在左边的癌细胞表面,也有少量“眼瞎”的聚集在右边的健康细胞表面(Lukianova-Hleb EY2016Nat Nano

然而,没想到的是,Lapotko团队的这一设计让他们收获了意外的惊喜。这回癌细胞不是被“烫死”的,是被“炸死”的!

由于纳米金属颗粒团在红外脉冲的照射下会迅速升温,直接导致周围的液体汽化,产生气泡,最终气泡爆裂,将癌细胞撕的粉碎。最重要的是,这种气泡只会在癌细胞等有害细胞里面产生。更让Lapotko感到兴奋的是,这一定向“爆破”过程还会发生在即将变成癌细胞的不健康细胞里。这回可算是赶尽杀绝了。

Lapotko团队在患鳞状细胞癌小鼠身上的实验表明:使用这项技术的小鼠全部存活,把小鼠的术后存活率提高了一倍!

Lapotko团队的研究成果发布之后,在肿瘤医学界引发了很大的反响。得克萨斯MD大学安德森癌症中心的Mien-Chie Hung说:“这项研究非常非常有意思。漂亮的解决了传统手术的一大问题。”但是Hung也没忘了给Lapotko泼冷水,Hung说如果这项技术在人体也有效才好,因为很多技术动物实验挺好,在人体却不灵。

Lapotko肯定会证明自己的,他们已经在设计临床试验,预计在接下来的两年里相关的临床试验会按部就班地开展。

 

参考文献

1.Lukianova-Hleb EY, Kim Y-S, Belatsarkouski I, Gillenwater AM, ONeill BE, Lapotko DO. 2016. Intraoperative diagnostics and elimination of residual microtumours with plasmonic nanobubbles. Nat Nano advance online publication

2.http://www.sciencemag.org/news/2016/02/exploding-nanobubbles-can-kill-cancer-cells

 

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10个月前

杀完癌细胞以后这些金属纳米去了哪里?会不会聚集在普通细胞没办法排出体外?那再次被照射就危险了

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是不错!!

是挺好的!

文章不错。挺新颖的。

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