光动力疗法是治疗癌症的一种新技术,自供氧光动力疗法均可以显著增加光敏剂产生活性氧的能力

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我校医学院胡一桥、吴锦慧课题组的最新研究成果“Perfluorocarbon
nanoparticles enhance reactive oxygen levels and tumour growth
inhibition in photodynamic
therapy”在2015年11月3日,《自然通讯》杂志发表(

光动力疗法治疗癌症获突破

记者12日从中国科学院遗传与发育生物学研究所获悉,该所降雨强研究组与北京大学基础医学院沙印林课题组联合组织团队,最近研发成功一种新型纳米发光材料——二氢硫辛酸为配体的金纳米簇,可为肿瘤光动力治疗提供助力。

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光动力疗法是治疗癌症的一种新技术,不过因为种种原因,该疗法受到很大限制。日前,记者从南京大学获悉,该校21岁的本科生程宇豪为第一作者的论文11月3日在《自然》子刊《自然通讯》上在线发表,为光动力疗法的推广和应用提供了新的思路。

研究发现,二氢硫辛酸为配体的金纳米簇在光照下具有很强的产生自由基的特性,对肿瘤细胞和组织具有非常好的杀伤作用,是一种性能优异的光动力治疗的光敏剂,其疗效远优于临床在用的艾拉光敏剂。此外,该材料具有优异的双光子性质,可采用近红外激光激发,有效增加照射深度,可用于实体瘤的治疗。更重要的是,该材料具有良好的生物相容性,治疗过程不需要避光,使得临床可操控性大大提高。

光动力疗法示意图

光动力是现代医疗临床中,进行疾病诊断和治疗的一种新技术。主要是光敏剂与靶向组织和细胞产生反应,特定光照射之后发生作用,导致靶向细胞坏死的治疗技术。光动力疗法具有靶向性好、副作用小等优势,是一种前景广阔的癌症治疗手段。

光动力治疗体系是人类对付肿瘤的新武器,被科学家形象比喻为“如哪咤对付妖怪一样”。据研究团队介绍,肿瘤光动力疗法是利用靶向肿瘤的光敏剂,在激光照射下,生成大量活性氧自由基,以摧毁肿瘤组织。与放化疗等肿瘤常规治疗方法相比,光动力疗法具有空间选择性高、不易产生耐药性、系统毒副作用低等特点,近年来被广泛用于食道癌、膀胱癌、皮肤癌等多种癌症治疗。

光动力疗法具有靶向性好、副作用小等优势,是一种前景广阔的癌症治疗手段。它主要利用光敏剂吸收激光,将肿瘤内溶解氧活化为具有细胞毒性的活性氧,从而实现肿瘤杀伤。然而,在实体肿瘤内部通常是一种缺氧状态,光动力治疗可利用的氧气受到限制;同时,光动力治疗过程本身会消耗氧气,导致肿瘤内部进一步缺氧;更严重的是,光动力治疗产生的活性氧也会破坏肿瘤血管,进而彻底断绝氧气供应。因此,现有的光动力疗法受到了极大的限制。

21岁的程宇豪是四川人,2008年大地震时,他看到血液供应的重要性,以及人血保存条件和保存期的问题。因此,他对人造血液的研究格外关注,这种合成的乳剂具有极强的溶氧能力,可代替人血输入体内。程宇豪将人造血液与光动力疗法联想起来。

研究团队对基于纳米团簇光动力学治疗的机理开展系统研究,并在细胞、亚细胞和活体小动物水平上,系统研究了金纳米簇生物相容性、细胞内吞途径、细胞内分布规律及代谢动力学,以及光动力治疗效果与生物作用机理等。动物肿瘤模型实验结果表明,在800纳米飞秒激光照射下,该类金纳米簇可高效杀伤肿瘤,并且无系统毒副作用。

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光动力具体工作时,主要是利用光敏剂吸收激光,将肿瘤内的溶解氧活化,成为具有细胞毒性的活性氧,从而实现肿瘤杀伤。程宇豪说,在实体肿瘤内部通常是一种缺氧状态,加上光动力治疗过程本身会消耗氧气,所以治疗可利用的氧气受到限制。

降雨强、沙印林联合研究团队长期合作发展一系列具有优异双光子光学性质的纳米材料,探索其在双光子光动力治疗中的应用价值。基于团队最近设计合成金纳米簇的双光子动力疗法,具有空间选择性高、安全高效、不需要避光期等优点,在肿瘤治疗尤其是脑胶质瘤、实体瘤治疗方面具有很好的临床转化前景。中国科学家最新完成这一在肿瘤光动力治疗方面取得重要突破的相关研究成果,已申请发明专利2项,近日获国际纳米科技顶尖期刊《美国化学学会纳米》在线发表。

自供氧光动力示意图

光动力疗法是治疗癌症的一种新技术,自供氧光动力疗法均可以显著增加光敏剂产生活性氧的能力。他们设想了一种自供氧光动力疗法,该方法将人造血液与光敏剂相结合,能够在光动力治疗时,为光敏剂提供氧气。也就是说,光敏剂即使是在乏氧环境下工作时,也会有源源不断的氧气供应,从而保证光动力的疗效。

为此,该研究在国内外首次报道了一种“自供氧光动力”疗法,
该方法将人造血液与光敏剂相结合,能够在光动力治疗时,为光敏剂提供氧气。
也就是说,光敏剂即使是在“乏氧环境”下工作时,也会有源源不断的氧气供应,从而保证光动力的疗效。实验表明,在正常氧分压和低氧分压下,自供氧光动力疗法均可以显著增加光敏剂产生活性氧的能力,增加光敏剂的细胞毒性,尤其有助于提高体内实体瘤治疗时的药效。这一研究可以为光动力制剂的研究提供新的设计思路,未来或有望用于现有临床光动力药物的改进和增效。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

实验表明,在正常氧分压和低氧分压下,自供氧光动力疗法均可以显著增加光敏剂产生活性氧的能力,增加光敏剂的细胞毒性,尤其有助于提高体内实体瘤治疗时的药效。程宇豪说,这一研究可以为光动力制剂的研究提供新的设计思路,未来或有望用于现有临床光动力药物的改进和增效。

(医学院 科学技术处)

据介绍,从开发一个全新药物到其最终上市往往需要5~10年甚至更久,并且失败的风险非常大。这项工作的亮点就在于使用已经上市的药物来增效市面使用的光动力药物,简单、有效、安全并且解决了长期以来限制光动力疗法发展的关键问题。如能最终应用到临床,它能在更多类型癌症的治疗上取代放、化疗,为患者减轻副作用所带来的痛苦。

程宇豪从小的梦想就是当一名科学家,初三开始对化学产生浓厚兴趣。高中毕业时,他凭借奥林匹克化学竞赛的优秀成绩,被保送南京大学化学化工学院。

得益于该校推行的三三制本科教学改革,程宇豪是南京大学拔尖计划大四学生,尽管本科学的化学,对医学感兴趣的他目前已获得免试直博预录取资格。他认为,化学是一门中心学科、基础学科,化学与医学的学科交叉,让他在解决癌症治疗难题方面拥有更开阔的思路。

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