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黄金弹弓

已有 4662 次阅读 2013-8-26 15:19 |个人分类:治疗肿瘤|系统分类:科普集锦| 纳米技术

 

黄金弹弓

 

下一代治疗癌症的方法可能要交给纳米微粒

 

斯蒂芬·杰弗里(Stephen Jeffrey)提供插图

 

记者们有时开玩笑说,科学事件的理想标题应该有点像“黑洞治疗癌症”之类的标题。悲哀的是,这种事情将永远不会发生。尽管,“纳米技术治疗癌症”是一个相当好的“亚军”标题,那却有可能变为现实。

事实上,纳米微粒(即大小尺寸以纳米级来衡量的物体,1纳米是110亿分之一)用于治疗癌症已有一段时间了。但是,目前应用纳米颗粒的这些治疗主要是巧妙地将已存在的药物进行包装,而不是真正的新疗法。例如,阿霉素(Doxil)是治疗卵巢癌(ovarian cancer)的一种药物,将它用一种被称为脂质体(liposome)的自然存在的脂肪膜泡(fatty bubble)包裹起来(脂质体是一种定向药物载体,属于靶向给药系统的一种新剂型。它可以将药物粉末或溶液包埋在直径为纳米级的微粒中,这种微粒具有类细胞结构,进入人体内主要被网状内皮系统吞噬而激活机体的自身免疫功能,并改变被包封药物的体内分布,使药物主要在肝、脾、肺和骨髓等组织器官中积蓄,从而提高药物的治疗指数,减少药物的治疗剂量和降低药物的毒性。脂质体最初是由英国学者BanghamStandish将磷脂分散在水中进行电镜观察时发现的。磷脂分散在水中自然形成多层囊泡,每层均为脂质的双分子层;囊泡中央和各层之间被水相隔开,双分子层厚度约为4纳米。后来,将这种具有类似生物膜结构的双分子层小囊称为脂质体。1971年英国莱门等人开始将脂质体用于药物载体。——译者注)。类似地,紫杉醇(Taxol)是一种通常用来治疗乳腺癌的药物,把它用只有红细胞1%大小的纳米白蛋白颗粒包裹起来,制成了第一个非溶解纳米白蛋白结合化疗药物Abraxane。在这两个例子中,包裹技术帮助了药物的递送,并且减少了药物的毒副作用。

但是,现在第二代纳米微粒已经进入了临床试验。其中,有些纳米微粒将内容物包藏得非常好(避免了外漏),直到目的地才释放出来,这样的治疗就不仅仅是减少副作用了;它们实际上是让那些对身体的其它部位可能是致命毒药的内容物攻击肿瘤,并且只是攻击肿瘤。而另一些纳米微粒疗法,根本不靠药物来治疗肿瘤了。与原有疗法不同的是,这些纳米微粒像灯塔一样,指引能量的递送,这些能量会摧毁癌细胞,这用的是物理的方法,而不是以往的化学方法。

第二代纳米微粒疗法中的一个例子来自德克萨斯州休斯顿莱斯大学(Rice University)的詹尼弗·韦斯特(Jennifer West)实验室。以她的同事娜欧米·哈拉斯(Naomi Halas)的工作为基础,韦斯特博士构建了可以吸收光或者散射光的黄金“纳米炮弹”,吸收或散射取决于它们的设计。炮弹建立在一个二氧化硅的核心上,二氧化硅核心的形状可以调整,以便产生不同要求的效果。然后,韦斯特博士在二氧化硅核心上“涂”了一层1520纳米厚的黄金。

 

炮弹休克(Shell shock

韦斯特博士制造的第一批纳米炮弹被设计成吸收红外线。当它们吸收红外线时,它们便会发热。韦斯特博士提出的理论认为,当它们变热时,这些纳米炮弹将烧灼它们附近的任何癌细胞。

为了让这些纳米炮弹能治疗癌症,你要一次激起一批纳米炮弹(比如说,80万亿个纳米炮弹),将它注射入病人的血液。这些微粒最终都到达肿瘤里,而不是健康组织中,因为肿瘤有异常的毛细血管。肿瘤组织中血管的孔隙比健康组织中血管的孔隙大。然后,把纳米炮弹做成合适的大小,让它们能穿过毛细血管孔隙,驻留在肿瘤里,而不是在正常器官里。1236小时后,当聚集了足够多的纳米炮弹时,你向肿瘤中插入一根光导纤维,输送适量的红外线。红外线使纳米微粒升温,最后把肿瘤“烹煮”了。

上述程序被称为光热消融(photothermal ablation),已经历了6年的动物试验,结果是令人鼓舞的。在老鼠试验中,肿瘤在1014天内消失了,并且从那以后一直保持无复发状态。根据韦斯特博士的商业伙伴、纳米光谱生物科学公司(Nanospectra Biosciences)的老板唐纳德·佩恩(Donald Payne)的说法,狗也给出了“极好的数据”。尽管由于结果还为发表,佩恩博士对试验细节守口如瓶。不过,纳米光谱生物科学公司现正在德克萨斯州的三个医学中心,对头颈部癌(head and neck cancers)患者开展试验。

光热消融疗法的一个优点是不需要化学药剂,那就意味着没有毒性。当然,关于纳米微粒自身的安全性问题依然存在。但是,韦斯特博士和佩恩博士都说还没有看到有害症状的迹象。多余的纳米微粒会被肝脏、脾脏和淋巴系统清除掉,或者被误认为是细菌而被巨噬细胞——血液中一种类型的白细胞——吃掉。虽然这些纳米颗粒可能会在巨噬细胞中存留很长时间,但是,韦斯特博士说,这似乎不会造成什么问题。

光热消融并不是对癌细胞进行热处理的唯一方法。位于柏林的麦格霍斯纳米技术公司(MagForce Nanotechnologies)从氧化铁(iron oxide)中制备出纳米微粒,已开展了三次抗癌临床试验,现正在进行另五次试验。这些纳米微粒被直接注射到目标肿瘤中,而不是依赖肿瘤组织中血管的孔隙较大最终到达正确位置的。然后,使用病人易于忍受的交变磁场(alternating magnetic field)对纳米微粒加热。根据该公司首席科学家安德里亚·乔丹(Andreas Jordan)的说法,这个程序没有副作用,并且对治疗恶性胶质瘤(glioblastoma,一种致命的脑肿瘤)和前列腺癌显示出特别的希望。

然而,研究纳米微粒的另一些科学家更喜欢药物。马里兰州洛克维尔市(Rockville)的细胞免疫科学公司(CytImmune Sciences)已经开始了一项“Aurimune”的疗效研究,“Aurimune”是携带了一定剂量的肿瘤坏死因子(tumour necrosis factor,缩写为TNF)的黄金纳米微粒,TNF有一种粘附黄金的自然趋势。

迄今为止,肿瘤坏死因子(TNF)也被视为一种对人体毒性太大而不能忍受的物质。TNF因攻击供养肿瘤的毛细血管而得名。但是,TNF不能区分肿瘤的毛细血管和正常组织的毛细血管。因为一般情况下TNF只在肿瘤自身中产生,因此人体自然产生的TNF没有关系。不过,如果你把TNF直接注入病人的血液,病人将遭受由于血压的突然下降而导致的大面积器官衰竭。

 

你的毒药是什么?

于是,治疗的窍门就在于将TNF浓缩在肿瘤中。通过一个被称为肢体隔离灌注(isolated limb perfusion,缩写为ILP)的程序,用外科手术能做到这一点。但是,这个手术很复杂,并且这种治疗只对大约四分之三的病例有效。细胞免疫科学公司(CytImmune)希望它的方法将更简单。该公司计划用“Aurimune”作为输送TNF的方式,通过运用漏壁效应(leaky wall effect)让纳米微粒到达正确的位置,将TNF输送到肿瘤位点,且仅仅是肿瘤位点。

根据CytImmune公司的老板劳伦斯·塔玛金(Lawrence Tamarkin)的说法,当“Aurimune”完成安全性试验时,“Aurimune”能够输送的TNF的剂量跟用肢体隔离灌注方法输送的剂量一样高,或者高于后者,并且没有严重的副作用。目前注意到的唯一的副作用是短暂的发烧,而这用无处方药就可以治疗。

加州帕萨迪纳市(Pasadena)的克兰多制药公司(Calando Pharmaceuticals),也在用一种以前太危险而不能使用的药物来包装纳米微粒。这种药物叫喜树碱(camptothecin),而纳米微粒是用一串糖分子制成的。当喜树碱附着在糖分子上时,串状的糖分子就折叠成一个球,将药物藏在里面,就像一个握紧的拳头里藏着一颗豌豆。

该公司将这项技术称为“Cyclosert”技术(这实际上是一种可输送小分子和核酸的纳米聚合物系统,该技术的运输平台是基于线状的环糊精聚合物——译者注),它的效果现正在被测试,以便看看它能否阻止卵巢癌(ovarian cancer)的发展。150名卵巢癌患者已经完成了标准的化疗,正常情况下,她们接下来是一段被称为“观察等待”(watchful waiting)的时期,不过这次接着将给她们进行“Cyclosert”治疗。因为卵巢癌经常复发,因此通过跟没有接受“Cyclosert”治疗的对照组进行比较,研究人员就能评价“Cyclosert”治疗是否降低了卵巢癌的复发率。

像纳米光谱生物科学公司和细胞免疫科学公司一样,克兰多制药公司(Calando)也依赖肿瘤毛细血管的漏壁效应来输送其产品。但是,这一代纳米微粒疗法比原来的聪明。韦斯特博士已开始将抗体附着在她的黄金纳米炮弹上。因为抗体对特定的蛋白质有专一的亲和性,把几乎只在肿瘤细胞表面上发现的那些蛋白质的抗体,覆盖在纳米炮弹上,那么这些纳米炮弹将粘附于那些肿瘤细胞上,而非别处。那么,当输入适量的光时,只有肿瘤细胞被杀死。

此外,韦斯特博士还在致力于研究既能散射光又能吸收光的纳米微粒。如果用一束低功率的光线照射,这些纳米微粒就能显示出任何肿瘤的范围,那将告诉外科医生指向哪里,以便不漏掉任何癌变组织。

   当然,上述这些努力也可能会全部落空。目前,这场对抗癌症的战争在不同的前线进行,这里描述的只是它的一个前线。但是,这个想法看上去是很有希望的,因为它建立在一个普遍原理之上,而不是一个特殊的实践上。这意味着,如果一个项目失败了,其它的项目仍有可能会成功。冷嘲热讽到一边去,只要那个事实,这是值得上报纸的大字标题的。

 



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1 陆俊茜

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