植入式微粒同时治疗两种癌症

光疗和化疗相结合可以提供一种更有效的方法来对抗侵袭性肿瘤。

　　

晚期癌症患者通常不得不忍受多轮不同类型的治疗，这可能会产生意想不到的副作用，而且可能并不总是有效。

为了扩大这些患者的治疗选择，麻省理工学院的研究人员设计了可以植入肿瘤部位的微小颗粒，在那里它们提供两种治疗方法：热和化疗。

这种方法可以避免静脉化疗时经常出现的副作用，而且两种疗法的协同作用可能比一次只进行一种治疗延长患者的寿命。在一项对小鼠的研究中，研究人员表明，这种疗法完全消除了大多数动物的肿瘤，并显著延长了它们的生存时间。

麻省理工学院科赫综合癌症研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）的首席研究员Ana Jaklenec说：“这种特殊技术可能有用的一个例子是，试图控制真正快速生长的肿瘤的生长。我们的目标是为那些没有太多选择的患者获得对这些肿瘤的控制，这可以延长他们的生命，或者至少让他们在这段时间内拥有更好的生活质量。”

Jaklenec是这项新研究的资深作者之一，还有生物工程和材料科学与工程James Mason Crafts教授Angela Belcher和科赫研究所的成员，以及麻省理工学院教授和科赫研究所的成员Robert Langer。前麻省理工学院博士后Maria Kanelli是这篇论文的主要作者，该论文今天发表在《ACS Nano》杂志上。

双重疗法

晚期肿瘤患者通常接受综合治疗，包括化疗、手术和放疗。光疗是一种较新的治疗方法，它包括植入或注射用外部激光加热的粒子，将它们的温度提高到足以杀死附近的肿瘤细胞而不损害其他组织。

目前临床试验中的光疗方法使用的是金纳米颗粒，当暴露在近红外光下时，它会发出热量。

麻省理工学院的研究小组想要找到一种同时进行光疗和化疗的方法，他们认为这可以使患者的治疗过程更容易，并且可能具有协同效应。他们决定使用一种叫做硫化钼的无机材料作为光疗剂。这种材料可以非常有效地将激光转换为热，这意味着可以使用低功率激光器。

为了制造出一种能够提供这两种治疗方法的微粒，研究人员将二硫化钼纳米片与阿霉素（一种亲水性药物）或紫罗兰素（一种疏水性药物）结合起来。为了制造颗粒，二硫化钼和化疗药物与一种叫做聚己内酯的聚合物混合，然后干燥成一层膜，可以压成不同形状和大小的微粒。

在这项研究中，研究人员创造了宽度为200微米的立方粒子。一旦注射到肿瘤部位，颗粒在整个治疗过程中都会留在那里。在每个治疗周期中，使用外部近红外激光器加热颗粒。这种激光可以穿透到几毫米到几厘米的深度，对组织产生局部影响。

Kanelli说：“这个平台的优势在于，它可以以脉动的方式根据需求采取行动。通过肿瘤内注射给药一次，然后使用外部激光源激活平台，释放药物，同时实现肿瘤细胞的热消融。”

为了优化治疗方案，研究人员使用机器学习算法来计算激光功率、照射时间和光疗剂的浓度，从而达到最佳效果。

这促使他们设计了一种持续约三分钟的激光治疗周期。在此期间，这些颗粒被加热到50摄氏度左右，这个温度足以杀死肿瘤细胞。同样在这个温度下，颗粒内的聚合物基质开始融化，释放出基质内的一些化疗药物。

“这种机器学习优化的激光系统确实使我们能够利用近红外光对深层组织的渗透进行脉动式、按需光热治疗，从而部署低剂量的局部化疗。与传统的化疗方案相比，这种协同效应导致了较低的全身毒性，”贝尔彻实验室的突破癌症研究科学家，该论文的第二作者Neelkanth Bardhan说。

消除肿瘤

研究人员在小鼠身上测试了这种微粒疗法，这些小鼠被注射了一种来自三阴性乳腺肿瘤的侵袭性癌细胞。一旦肿瘤形成，研究人员在每个肿瘤中植入大约25个微粒，然后进行三次激光治疗，每次治疗之间间隔三天。

Belcher说：“这是近红外响应材料系统有用性的有力证明。”Belcher和Bardhan之前一直致力于近红外成像系统在卵巢癌诊断和治疗中的应用。“在一剂颗粒注射后，用光定时控制药物释放，这是一种改变游戏规则的方法，可以减少痛苦的治疗选择，并可以提高患者的依从性。”

在接受这种治疗的小鼠身上，肿瘤被完全根除了，这些小鼠的寿命比那些只接受化疗或光疗，或不接受治疗的鼠要长得多。接受所有三个治疗周期的小鼠也比只接受一次激光治疗的小鼠表现要好得多。

用于制造颗粒的聚合物具有生物相容性，并且已经被FDA批准用于医疗设备。研究人员现在希望在更大的动物模型中测试这些颗粒，最终在临床试验中对它们进行评估。他们希望这种治疗方法对任何类型的实体瘤都有效，包括转移性肿瘤。