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新型癌症疗法:利用生物可降解纳米粒子来关闭癌细胞“发电站”

生物科普网 2021-07-14 122

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细胞中没有建筑物,而是有细胞核和核糖体等细胞器。细胞的“发电站”是线粒体,它以三磷酸腺苷(ATP)的形式产生燃料。如果线粒体突然关闭,细胞就会面临死亡--无论是健康细胞还是癌细胞。

这正是Jan van Hest和他的研究团队跟来自中国和英国的研究人员合作的一种新型癌症治疗方法,即光动力疗法(PDT)的目的。Jan van Hest目前正领导着TU/e的复杂分子系统研究所(ICMS)。

光动力治疗

PDT是一种无毒和无创的替代现有的治疗方法以此来消除癌细胞,如化疗、放疗和选择性手术。对于患者来说,这些治疗可能会产生许多副作用、影响他们的生活质量,但幸运的是,不那么粗糙的选择正在开发中。

在光动力疗法中,病人会被注射带有光敏剂(一种对光起反应的材料)的微小纳米颗粒。当纳米颗粒聚集在癌细胞附近时,它们会被激光照射并产生一种特定形式的氧气,这种氧气对癌细胞有毒并最终导致癌细胞死亡。

在TU/e中,Jan van Hest和他的研究小组在改进PDT方法方面取得了稳步进展,去年,他们就在《ACS Nano》上发表了一项研究。

关闭癌细胞

然而,通过设计PDT纳米颗粒进入癌细胞并破坏其供电线粒体,细胞可以迅速“断电”,PDT治疗的有效性将大大提高。换言之,纳米颗粒可以以更有针对性和更快的方式杀死癌细胞。

van Hest说道:“这项研究的主要挑战是弄清楚如何将PDT纳米颗粒进入癌细胞,并在进入细胞之后将纳米颗粒引导到线粒体。一旦靠近线粒体,这些纳米颗粒的光敏剂就会被光激活进而污染线粒体的微环境、关闭细胞最重要的电源供应。”

荧光的重要性

该团队开发了一种将纳米颗粒制成生物可降解聚合体的方法,这种空心球体可以携带药物、蛋白质或光敏剂。

然而,跟以前的纳米颗粒不同的是,新版本的纳米颗粒被设计成在组成它们积木组装时发出荧光。

这种荧光过程被称为聚集诱导发射,发射响应会使得追踪纳米颗粒在组织中的位置变得更容易。

为了快速将纳米颗粒导向细胞内的线粒体,该团队将吡啶分子附着在纳米颗粒的表面。一旦纳米颗粒在线粒体聚集,它们的光敏剂就会被激光激活从而有效地毒害癌细胞的微环境。这项新研究已经成功地在体内和体外实验中证明了这一过程。

对未来治疗的考虑

尽管如此,van Hest还是很快指出,虽然PDT是一种革命性的新型非侵入性治疗方法,但仍需要其他治疗方法。“这项工作是开发有效PDT纳米颗粒的下一步。作为一种治疗方法,它将跟现有的治疗方法结合起来效果最好。重要的是,它将减少对放疗和化疗的依赖,这只会对患者有好处。我们仍需要更有选择性和更有效的治疗癌症的方法。光动力疗法在靶向和消除癌细胞方面具有选择性和准确性的潜力。这项研究表明,我们可以有效地设计出所需的材料,从而构建出能够杀死癌细胞的高效自组装纳米粒子。”

这些发现推动了对纳米颗粒、跟踪和功效的进一步研究和发展。但当涉及到线粒体或癌细胞“发电站”时,它们的前景就不那么光明了。


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