“光”——也能治疗肿瘤?

“光”——也能治疗肿瘤?

时间:2021-03-01   文本大小:【 |  | 】  【打印

恶性肿瘤是严重威胁人类健康的重大慢性病,是21世纪中国乃至全球最严重的公共卫生问题之一。目前,临床上用于治疗癌症的方式主要有手术治疗、化学治疗、放射治疗、免疫治疗和靶向药物治疗等,但这些治疗方式多存在手术创伤大、药物毒副作用高、治疗不彻底和耐药性强等缺陷,亟需开发新的肿瘤诊疗技术。

肿瘤光学成像和光学治疗技术具有非侵害性、无电离辐射、检测灵敏度高和治疗选择性好等诸多优点,近年来迅速发展成为癌症诊断与治疗的新领域。山东先进院光生物学研究中心现阶段聚焦于肿瘤纳米光学诊疗设备与药品开发研究,致力于为肿瘤诊疗提供更多新技术及设备。下面,让我们一起了解光学技术是如何与肿瘤诊疗进行结合并应用的。

形成以“激光+光敏剂”为核心的治疗手段

纳米光学治疗分为光热治疗(Photothermal Therapy,PTT)和光动力治疗(Photodynamic Therapy,PDT)。

其中,光动力治疗是一种结合激光、光敏剂和氧三者的肿瘤物理治疗手段,已获得美国 FDA批准用于临床抗肿瘤治疗。光动力学治疗涉及到两个步骤:首先控制光敏剂在肿瘤细胞内形成选择性的内吞和滞留;随后光敏剂被光激发释放出活性氧(ROS)和单线态氧,引导肿瘤细胞凋亡或坏死。

相对于光动力治疗而言,光热治疗则充分发挥了光敏剂良好的光热转化性能,通过吸收可见和近红外激光,将光能转换为热能,来破坏消除癌细胞,且不需要氧的参与,更适合穿透到肿瘤深部并在肿瘤的高度缺氧环境下产生高热实现高效治疗。当局部温度达到 42℃以上时,癌细胞会因蛋白变性、DNA 合成和修复的削弱、细胞内含氧量或 pH 值降低等因素的影响而死亡。光热治疗已被 65 家国内外单位,86 位国际著名科学家评议为最有前景的的癌症治疗策略(ACS Nano, 2017)。

目前,进入临床或者临床可使用的相关光敏剂大多为小分子有机卟啉、卟吩、酞菁类衍生物,包括Photofrin(血卟啉)、Foscan(替莫泊芬,二氢卟吩类光敏剂)和 ICG(吲哚菁绿)等。相对于传统的小分子光敏剂,纳米光敏剂可克服组分复杂、转化为暗毒性物质不充分、光照时间长等缺陷,能够实现光敏期短、穿透性高、光敏毒性低等技术要求,并逐渐朝向具有更高疗效、更强生物利用度、靶向、缓释的方向发展。

以图像为引导,精准靶向摧毁肿瘤

图像引导的肿瘤纳米光学治疗是目前最先进的肿瘤治疗技术之一。该技术以纳米光敏剂为基础,利用光敏剂自身的荧光信号或引入荧光探针,通过实时成像示踪和图像获取到物理空间的配准、手术导航等手段,实现对肿瘤部位的精确判断和精准的光学治疗。

“比喻的形象一些,就像一个激光引发的生物导弹精准靶向摧毁肿瘤,激光就是遥控器。”它以纳米光敏剂为基础,通过图像获取、图像空间到物理空间的配准、手术导航等步骤,实现对肿瘤的精确定位。目前,包括图像引导的放射治疗、放疗-化疗联合治疗、手术治疗等方法已在临床上使用,显示出广阔应用前景和商业价值。

为了实现图像引导的纳米光热治疗和光动力治疗,山东中科先进技术研究院光生物学研究中心主要围绕光声-光热诊疗一体化设备研制和荧光术中导航设备研制展开工作。

其中,荧光术中导航设备主要面向纳米光动力治疗和术中病灶探查定位开展应用,采用了4CMOS相机成像技术,可以在实现4K白光成像的同时配准荧光图像,从硬件原理上实现了荧光-白光融合成像。光声-光热诊疗一体化设备主要应用场景为纳米光热治疗的术中监测,具有光热探针信号探测、温度实时监测和光照功率实时反馈的功能,获得了国家重点研发计划的支持。据透露,中心的设备及技术研究有望在3年后将产品推向市场,为肿瘤诊疗提供新技术。

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