納米材料可持久性發(fā)光 精準切除腫瘤再添一新“導航”
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】腫瘤治療始于1930年，1940年后期邁入現(xiàn)代化療的時代。腫瘤抗爭史詩跨越了七大洲、幾世紀。醫(yī)生、研究人員、患者懷著勇氣、歷經(jīng)痛苦，推動癌癥認知不斷進步。癌癥治療不僅是改變醫(yī)學的科學革命，還是改變?nèi)祟惖纳鐣锩?br />
在2000年代的第二個十年，令人眼花繚亂的癌細胞復雜性產(chǎn)生了有序的圖像，顯露新的弱點和攻擊通路。技術(shù)結(jié)合新材料，推進腫瘤治療手段精進，方法更新。其中，納米材料技術(shù)的廣泛應用打開抗腫瘤的新路。
近日，天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院醫(yī)學影像科副主任趙陽課題組提出了一種新型長余輝—染料敏化策略，實現(xiàn)了納米材料的超長持久發(fā)光，其應用還成功用于導航腫瘤精準切除。該研究成果作為封面文章刊登于《德國應用化學》。
持久發(fā)光特性 為切除腫瘤精準“導航”
納米技術(shù)指的是直徑在 1-100納米之間的微粒的應用。1納米約是一張紙厚度的十萬分之一。納米技術(shù)應用于工程學、醫(yī)學、化學以及材料科學等領域。在醫(yī)學中，依靠納米技術(shù)，醫(yī)生手術(shù)中可以實時獲取被切除腫瘤的形態(tài)、大小和邊緣等信息，從而讓手術(shù)更為精準、快速和安全。
趙陽課題組通過有機熒光材料(TAMRA)對無機長余輝探針(ZGC)持續(xù)發(fā)射熒光充能，獲得大幅增強發(fā)光時間的長余輝發(fā)光納米材料，實現(xiàn)了一次充能持續(xù)發(fā)光數(shù)十分鐘的顯像效果，創(chuàng)新性地應用了有機染料敏化策略。更為特別的是，該材料還可在術(shù)中導航時利用普通白色LED燈實現(xiàn)對材料的再次充能，呈現(xiàn)持久發(fā)光效果。
大部分早期惡性實體腫瘤的最佳治療方式只有切除。傳統(tǒng)手術(shù)中，外科醫(yī)生依靠主觀評估如顏色、組織結(jié)構(gòu)、觸感等來區(qū)分腫瘤與周圍正常組織。但這種傳統(tǒng)方式難以避免過度切除正常組織的可能甚至是腫瘤殘留。納米材料的超長持久發(fā)光技術(shù)恰好解決了上述問題。
另外，腫瘤大小是關乎患者手術(shù)治療情況的重要因素。例如，直徑小于10納米的胰腺腫瘤患者具有80%的五年生存率，而 IV 期患者則只有4%五年生存率。因此不僅早期診斷腫瘤對患者病情好轉(zhuǎn)有積極影響，切除術(shù)中準確判斷腫瘤位置、切緣情況可提高切除率，降低藥物治療的毒副作用更為關鍵。該新型染料敏化長余輝納米材料為外科腫瘤切除術(shù)提供更為準確的定位和更為便利的操控，實現(xiàn)術(shù)中導航的可視化精準治療。
同時，新型染料敏化長余輝納米材料也實現(xiàn)可視化熒光材料為基礎的術(shù)中導航跨越式發(fā)展，進一步拉近了實驗性探索與臨床實際應用的距離。
廣泛投入臨床應用 促使新學科誕生
實際上，納米不僅用于外科手術(shù)，其廣泛應用于腫瘤影像學、病情診斷、常規(guī)藥物治療等。
診斷腫瘤主要通過CT 和 MRI 兩種途徑，但該方法對癌前病變的診斷有限，時常失誤。而核磁納米微粒被外部的磁場操控，因而可與 MRI 聯(lián)用，增強檢查特異性、敏感性。例如二者聯(lián)用將對膀胱癌、前列腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷的特異性、靈敏度從 75%、65% 提高至和 96%、93% 。
藥物治療多指納米提高藥物療效或降低治療后的發(fā)病率。更形象地來說，一方面納米可以幫助患者避免大劑量化療。納米微粒直徑較小但表面積大，易被攝取到細胞內(nèi)并與多種配體結(jié)合，靶向運輸提高局部藥物濃度。同時，納米微粒增加了腫瘤組織的通透性，藥物可以在腫瘤組織長時間停留。另一方面，納米微粒通過與靶細胞的多種受體結(jié)合，腫瘤細胞對藥物的特異性攝取增加，藥物療效增加、毒性減小。
另外納米刀技術(shù)即不可逆電穿孔技術(shù)也被用于實體腫瘤的治療。通過插入電極，將高壓電流傳遞至腫瘤組織，在細胞膜表面形成微小的納米電極，從而促進細胞凋亡。但該技術(shù)也有一定缺陷。射頻消融易高溫進而損傷血管、膽管。納米刀技術(shù)避免了這種“熱沉效應”，但導致熱量分散，血管周圍消融效果不佳，腫瘤復發(fā)風險增加。
納米金微粒投入生物探測芯片中，用于檢測結(jié)腸癌，其靈敏度比血清 CEA 高 5000 倍。另外，納米微粒聚集可改變光發(fā)射特性從而改變顏色且肉眼可見，這被用于開發(fā)酶聯(lián)免疫芯片來檢測血清中的低水平的 PSA。
不僅如此，納米材料催生治療診斷學的誕生。即在治療的同時通過影像學觀察腫瘤對治療的反應，發(fā)揮納米在影像學和藥物運輸方面的雙重作用。
納米技術(shù)是21世紀最深遠的技術(shù)之一。納米科學和納米技術(shù)在不同科學領域都在不斷進步與擴展。如今，納米抗癌已經(jīng)30 余年，大量納米載體正在從臨床前實驗轉(zhuǎn)向臨床試驗。未來，納米治療腫瘤可將具有更大的主動性和靈活性。
(資料來源：科技日報、丁香園)
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