创新癌症化疗：使用超声波定向激活 实现靶向释放药物

加州理工学院的研究人员开发出一种结合气囊泡和力敏基团、用超声波激活药物的输送系统，有望以最小的副作用进行癌症靶向治疗。这一突破来精确激活药物，减少对健康组织的伤害。

　　

化疗作为一种治疗癌症的方法是20世纪医学上最成功的故事之一，但它远非完美。任何经历过化疗的人，或者有朋友或爱人经历过化疗的人，都会熟悉它的许多副作用:脱发、恶心、免疫系统减弱，甚至不孕和神经损伤。

这是因为化疗药物是有毒的。它们的目的是通过毒害癌细胞来杀死癌细胞，但由于癌细胞来源于健康细胞，并且本质上与健康细胞相似，因此很难制造出一种既杀死癌细胞又不伤害健康组织的药物。

靶向给药的突破

加州理工学院的两个研究团队创造了一种全新的用于癌症治疗的超声波激活药物输送系统，有望以最小的副作用进行靶向治疗。这一突破结合了气囊泡和力敏基团，利用超声波来精确激活药物，并且只在体内需要的地方激活，从而减少对健康组织的伤害。这种系统最终可能会让医生有能力以更有针对性的方式治疗癌症。

该系统是在化学助理教授Maxwell Robb教授、Howard Hughes医学研究所研究员Mikhail Shapiro的实验室中开发的。在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发表的一篇论文中，研究人员展示了他们是如何结合各自专业的元素来创建这个平台的。

这两个研究小组通过合作，将气囊泡(gas vesicles，在某些细菌中发现的充满空气的蛋白质囊泡)和力敏基团(mechanophores，受到物理力时会发生化学变化的分子)结合在一起。

Shapiro的实验室以前曾将气囊泡与超声波结合使用，对单个细胞进行成像，并精确地移动细胞。Robb的实验室构建出了力敏基团——当拉伸时可以改变颜色，这使得它们可以用于检测结构中的应变，还有一些机械载体可以释放更小的分子，包括药物，以响应机械刺激。在这项新工作中，他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。在超声波的作用下气囊泡破裂，同时，被称为力敏基团的分子破裂，释放出更小的目标分子（药物）。

超声波激活

“我们已经考虑这个问题很长时间了，”Robb说。“当我第一次来到加州理工学院时，Mikhail（Shapiro）和我开始谈论超声波的机械效应。”当他们开始研究力敏基团和超声波的结合时，他们发现了一个问题：超声波可以激活力敏基团，但需要一定强度——会损伤邻近的组织的强度下才行。研究人员需要一种将超声波能量集中在他们想要的地方的方法。

Shapiro的气囊泡技术提供了解决方案。在他之前的工作中，Shapiro能够利用囊泡在受到超声波轰击时的振动。在新的研究中，这些囊泡受到超声波轰击振动至破裂，从而集中了超声波能量——这些囊泡有效地变成了微小的炸弹，它们的爆炸激活了力敏基团。

“通过超声波施加力，触发微小的气泡内爆，”该研究的合著者Molly McFadden(23届博士)说。“它们的破裂是激活力敏基团的机械力的来源。这些囊泡对超声波非常敏感。使用它们，我们发现在更弱的超声波下也可以实现相同的力敏基团激活。”

未来潜力及影响

Shapiro实验室的博士后研究员Yuxing Yao说，这是聚焦超声第一次能够在生物环境中控制特定的化学反应。“以前，超声波被用来破坏物体或移动物体，”“但现在它为我们利用机械化学开辟了一条新的道路。”

到目前为止，该平台只在受控的实验室条件下进行了测试，但在未来，研究人员计划在活体中进行测试。