三管齐下，五分钟消除肿瘤

“根除肿瘤是癌症患者和研究人员多年来的梦想，”论文作者、中国药科大学药物质量控制与药物警戒教育部重点实验室教授丁亚说。“消除癌症在身体其他部位的复发和转移非常重要。然而，由于肿瘤的复杂性、多样性和异质性，单一的治疗方法不太可能完全根除肿瘤。这就是为什么我们的目标是设计一种简单的材料或系统来协同治疗和根除肿瘤。”

传统的治疗方法，如手术或化疗，可能会产生不良的副作用，并损害健康的细胞。先进的治疗方法虽然可能侵入性和毒性更小，但可能不够积极。其中一种方法是光热疗法，将纳米材料——通常是金纳米棒——注射到肿瘤中，并用激光在人类感知不到的近红外区域刺激。光激发纳米材料，直到它们释放热量，杀死癌细胞。

“光热疗法是一种很有吸引力的癌症疗法，因为它是非侵入性的，它在精确靶向肿瘤方面提供了高时空分辨率，而且无毒，”论文作者侯阳龙说，他是北京大学材料科学与工程的Chang Jang讲座教授。侯还领导着北京理工大学磁电材料与器件北京市重点实验室，并担任北京工程科学与先进技术创新中心副主任。“尽管光热疗法有这些很有前景的优点，但单独的光热疗法往往会导致失败，特别是对于较大的肿瘤。我们设计的治疗方法是基于这种疗法的潜力，希望能解决这个问题。”

在第二近红外区域，更高频率的光可以穿透得更深，但这将需要具有更高纵横比的金纳米棒——这可能会使它们更具侵入性，而且可能不那么有效。

研究人员通过在纳米棒的两端沉积钯金属簇来增强现有纳米棒的性能。第二，近红外光可以激发波长较长的金纳米棒，从而在较深的癌细胞中产生所需的反应，并具有较高的稳定性。

在第二条攻击线中，纳米材料还激活了5-氟尿嘧啶的前药，这是一种腹腔注射的化疗，但在肿瘤细胞中原位激活，这意味着在肿瘤细胞形成的区域进行局部药物合成。

最后，在根除肿瘤的第三项措施中，纳米材料模仿了将过氧化氢转化为活性氧的酶。这些自由基可以改变细胞存活和增殖的生物学机制，迫使细胞自我毁灭，同时向邻近细胞发送相同的信号。

“这是我们第一次对纳米棒进行了微小而合理的结构改变，全面提高了纳米材料驾驭复杂疾病的能力，”丁说。“结果是一种可以有效治疗肿瘤的新型治疗剂。”

接下来，研究人员计划研究纳米平台如何与健康组织相互作用，如何影响新陈代谢，以及使用后如何在体内处理。

“在这个项目中，有几个问题引起了我们的注意，我们计划进一步研究，目标是开发简单、廉价、具有高光热和催化活性的纳米材料，以应用于临床，”侯说。“虽然还有更多的工作要做，但这项研究为目前光热疗法的瓶颈问题提供了一个解决方案，可以在动物模型中完全消除肿瘤而没有毒副作用。”

中国药科大学药品质量控制与药物警戒教育部重点实验室张灵华、王文杰、欧孟、马宇、唐佳月、侯婷、张胜、尹莉等为本文共同第一作者;黄晓晓，北京大学材料科学与工程学院磁电材料与器件北京市重点实验室，北京工程科学与先进技术创新中心;中国药科大学生命科学与技术学院生物化学系陈欢。