拿铁上的泡沫带来更好的癌症治疗的灵感

　　

   

   

图片:爱荷华大学詹姆斯·伯恩医学博士的实验室里，一个逆向工程的鞭子虹吸散发气体陷阱泡沫。Byrne专注于利用分子烹饪技术来创造治疗癌症的新材料。    

来源:爱荷华大学医疗保健中心

受拿铁咖啡、小熊软糖和棒棒糖表面泡沫的启发，爱荷华大学的研究人员正在创造一种新的生物相容性材料，这种材料可能会提高化疗和放疗治疗癌症的有效性。

这种新材料被称为气体包裹材料(GeMs)，可以被配制成泡沫、固体或水凝胶，旨在将高浓度的各种治疗气体直接送入包括肿瘤在内的组织。

在2月2日发表在《先进科学》杂志上的一项新研究中，伊利诺伊大学的James Byrne医学博士和Jianling Bi博士领导的研究人员使用GeMs将高水平的氧气直接输送到肿瘤中。研究表明，这提高了标准化疗和放疗在前列腺癌和一种肉瘤小鼠模型中的有效性。

除了Byrne、Bi和他们在伊利诺伊大学的同事，这项研究是一项多机构的努力，包括麻省理工学院、贝斯以色列女执事医疗中心和哈佛医学院的研究人员。

“我们早就知道，如果你增加肿瘤内的氧气量，你可以使它对辐射，某些化疗，甚至潜在的免疫疗法更敏感，”Byrne说，他是伊利诺伊大学放射肿瘤学助理教授，也是伊利诺伊大学霍尔顿综合癌症中心的成员。“然而，挑战在于如何以安全、可控的方式提供有效剂量的氧气。”

这项新的研究表明，GeMs可以显著提高实体肿瘤内的氧水平，并使癌细胞更容易受到辐射或化疗的影响。氧含量的增加似乎也改善了免疫反应性，这是对免疫治疗产生反应的关键。

“这些宝石非常简单，只有三种成分:气体、发泡剂和增稠剂，”伯恩说，他也是UI生物医学工程助理教授。“我们使用几个独特的、定制的加压系统，将高浓度气体纳入小体积的这些生物相容性材料中，这些材料可以注射或植入组织，并允许长时间、可控地释放气体。”

例如，泡沫宝石是用一个搅拌虹吸管制造的——基本上和咖啡师用来在热巧克力和冷冻咖啡饮料上制造泡沫的设备是一样的——但经过逆向工程，可以接受包括氧气在内的各种气体。该实验室的抽动虹吸管使用了在许多加工食品中发现的安全、低成本的成分来制造GeMs。通过改变每种成分的数量，研究人员可以控制氧气从材料中释放出来。拜恩指出，由于宝石是由安全和可食用的成分制造的，这些材料在癌症治疗中的可翻译性可能非常高。

另一个优点是能够将GeMs直接植入或注射到肿瘤中。肿瘤内给药是一种在过去十年中蓬勃发展的方法，因为它能够在肿瘤内实现低副作用的高浓度药物。特别是，这种泡沫可以注射到难以通过手术治疗或移除的肿瘤区域。

“这个项目真正让我兴奋的一个方面是，它将癌症生物学原理与材料科学相结合，创造出了一些真正有影响力的东西，”该研究的第一作者、Byrne实验室的研究科学家Bi说。