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为解决传统癌症治疗方法的局限，摩洛哥 Mohammed V 大学等机构的研究人员开展金纳米粒子用于癌症光热疗法的研究，发现其有治疗潜力。该研究为癌症治疗提供新思路，推荐科研读者阅读12。
在现代医学的战场上，癌症始终是一个令人闻风丧胆的 “超级反派”。它就像一个隐藏在暗处的杀手，让无数人陷入痛苦的深渊。据世界卫生组织（WHO）统计，癌症是全球第二大死因，每六个人中就有一人因它离世 。2020 年，全球约有 1930 万新癌症病例和 1000 万癌症死亡病例。而且，全球癌症负担预计到 2040 年将大幅增加，达到 2750 万例，这主要是由于人口增长导致的。
癌症的治疗一直是医学领域的难题。传统的治疗方法，如手术、放疗和化疗，虽然在一定程度上发挥着作用，但都存在着各自的 “短板”。手术就像一把双刃剑，在切除早期局部肿瘤时很有效，但却可能导致肿瘤细胞转移，还会引发炎症反应，限制免疫反应。放疗利用辐射来消灭癌细胞，可它在杀敌的同时，也会 “误伤” 正常细胞，带来疲劳、恶心、脱发等一系列副作用。化疗通过药物来抑制癌细胞生长，然而它就像一颗 “不定时炸弹”，不仅会影响癌细胞，还会对毛囊、骨髓和胃肠道等快速生长的正常细胞造成伤害，引发多种不良反应。这些传统方法对全身扩散的癌症效果不佳，而且常常会对健康组织造成严重损害，带来严重的副作用。因此，寻找一种更精准、副作用更小的癌症治疗方法迫在眉睫。
在这样的背景下，摩洛哥 Mohammed V 大学等机构的研究人员在《Heliyon》期刊上发表了题为 “Utilizing gold nanoparticles in plasmonic photothermal therapy for cancer treatment” 的论文。他们发现，金纳米粒子凭借其独特的光学特性、良好的生物相容性和易于表面功能化等优点，有望成为癌症光热疗法（PTT）中的 “秘密武器” 。这一发现为癌症治疗带来了新的希望，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为后续的研究和治疗开辟了新的道路。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是纳米粒子合成技术，通过多种方法制备不同形状的金纳米粒子，如金纳米球采用传统的 Turkevich 法在水相合成，金纳米棒通过种子生长法制备等；二是表面功能化技术，利用蛋白质、聚合物、抗体、适配体等对金纳米粒子表面进行修饰，以提高其生物相容性、靶向性等；三是激光技术，使用近红外（NIR）激光照射金纳米粒子，研究其光热转换性能以及对癌细胞的杀伤效果。
下面来看看具体的研究结果：
- 金纳米粒子的特性与应用：金纳米粒子因其独特的物理、化学和光学特性，在光热应用领域备受关注。其强吸光性和快速热转换能力源于局部表面等离子体共振（LSPR），即电磁场激发金属传导带电子产生相干振荡 。金纳米粒子还具有高比表面积，利于生物分子结合，增强癌症治疗的靶向性和特异性。此外，它稳定性高、毒性低、生物相容性良好，且能与硫醇基团结合，实现多种功能化 。理论建模显示，较小的金纳米粒子光热转换效率更高，因为其与光的相互作用更强，在近红外范围吸收占优势 。
- 金纳米粒子的表面修饰：虽然金纳米粒子有诸多优势，但体内光热治疗的长期毒性风险不容忽视。因此，表面修饰至关重要，它可以改善金纳米粒子的生物相容性、降低细胞毒性、提高稳定性并实现靶向递送 。研究人员使用了多种分子对金纳米粒子进行表面修饰，如牛血清白蛋白（BSA）能增强生物相容性，聚乙二醇（PEG）可提高稳定性并减少非特异性相互作用，免疫球蛋白 G（IgG）、转铁蛋白和适配体等能实现对癌细胞的特异性靶向 。金纳米粒子与生物分子的结合主要通过化学吸附（形成共价键）和物理吸附（依靠静电、氢键等相互作用）两种机制 。
- 激光照射与相互作用机制：激光照射是光热疗法的关键环节，近红外激光因其良好的组织穿透能力常被用于光热治疗 。它有脉冲模式和连续模式两种设置，脉冲激光可精确控制热辐射，减少对健康细胞的损害；连续波激光则能使金纳米粒子持续产热，诱导癌细胞死亡 。金纳米粒子与激光的相互作用涉及多种过程，包括瑞利散射、康普顿散射等，其中局部表面等离子体共振起着关键作用，它使金纳米粒子吸收激光能量并转化为热能，进而通过热传递使肿瘤温度升高，破坏癌细胞 。
- 不同形状金纳米粒子的光热效应：
- 金纳米球：金纳米球是最容易获得的金纳米粒子，具有较低的细胞毒性、良好的生物相容性和易于功能化的特点 。其光热转换效率与尺寸有关，尺寸越小效率越高 。不过，金纳米球在近红外区域吸收较低，限制了其体内光热应用 。为克服这一问题，研究人员尝试使用聚集或组装系统，如制备金纳米粒子簇，其光热转换效率可达 65% 。
- 金纳米棒：金纳米棒在近红外区域有强吸收，且易于功能化、生物相容性好、光热转换效率高，是优秀的光热治疗候选材料 。但合成过程中使用的表面活性剂 CTAB 具有细胞毒性，需要进行表面修饰来降低毒性 。多项研究表明，金纳米棒在癌症治疗中效果显著，如用 BSA 修饰的金纳米棒在近红外二区（1000 - 1300nm）有良好的吸收和光热转换效率，能有效治疗乳腺癌 。
- 金纳米壳：金纳米壳具有核心 - 壳结构，通过改变核壳比，其等离子体共振可在可见光到近红外区域调节 。合成金纳米壳的传统方法复杂且耗时，研究人员对其进行了改进 。金纳米壳在多种癌症治疗中展现出潜力，已成为首个进入临床试验的光热纳米粒子 。例如，在治疗前列腺癌的临床试验中，其成功率达到 94%，且安全无副作用 。
- 金纳米星：金纳米星具有多个尖锐分支，能有效将光转化为热，在近红外区域有强烈吸收和低散射效应 。其合成基于种子生长法，可产生单分散且可重复的纳米粒子 。多项研究证明了金纳米星在癌症治疗中的有效性，如聚乙二醇化的金纳米星可用于治疗 SKBR3 乳腺癌细胞，适配体修饰的金纳米星能高效传递热量杀死癌细胞 。
- 金纳米笼：金纳米笼是新型的金纳米结构，具有易于调节、尺寸紧凑、吸收强和光热转换效率高等优点 。其合成通过银纳米立方体与氯金酸的置换反应，且合成过程中无需使用 CTAB，生物相容性更好 。研究表明，修饰后的金纳米笼在癌症治疗中效果显著，如 PEG 修饰的金纳米笼可有效治疗双侧肿瘤小鼠模型，且所需激光功率密度较低 。
- 影响光热疗法效率的因素：光热疗法的效率受多种因素影响。纳米粒子的尺寸是关键因素之一，较小的纳米粒子光热转换效率更高，但尺寸也会影响其生物分布、细胞摄取和体内清除 。激光参数，如波长、功率密度、脉冲持续时间和重复率，也对光热疗法的效率至关重要 。激光波长应与纳米粒子的局部表面等离子体共振匹配，功率密度需严格控制，以避免损伤健康组织 。此外，脉冲持续时间和重复率也需优化，以确保产生足够热量杀死癌细胞，同时避免副作用 。
综合上述研究，金纳米粒子作为光热治疗剂在癌症治疗中展现出巨大潜力。其独特的光学特性使其能够精确靶向肿瘤并有效消融，同时最大程度减少对周围健康组织的损伤 。目前，相关的临床前研究已证明其在消除肿瘤方面的有效性，且副作用极小，部分金纳米粒子已进入临床试验阶段 。然而，要将金纳米粒子光热疗法广泛应用于临床，仍面临诸多挑战，如长期毒性、生物分布、药代动力学、生产规模扩大以及监管审批等问题 。未来，需要通过多学科协作，进一步优化纳米粒子的设计和表面功能化，开发更高效的合成方法，开展更多的临床研究，以充分发挥金纳米粒子在癌症治疗中的潜力，为癌症患者带来新的希望，推动癌症治疗领域的重大变革。
