光功能納米材料與腫瘤光學(xué)治療展望

劉 莊， 馮良珠

(蘇州大學(xué) 功能納米與軟物質(zhì)研究院， 江蘇 蘇州 215123)

1 引 言

惡性腫瘤(即癌癥)是嚴(yán)重威脅我國(guó)居民生命健康的重大疾病之一[1]。鑒于目前臨床常用的手術(shù)、化療、放療等腫瘤治療手段存在著療效有限、毒副作用大等缺點(diǎn)，發(fā)展更為安全、高效的腫瘤治療手段一直是多個(gè)學(xué)科的一個(gè)共同的目標(biāo)[2]。近二十年來(lái)，得益于納米技術(shù)的飛速發(fā)展，一系列具有獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)的納米材料(光功能納米材料)被成功地制備出來(lái)，并在腫瘤治療方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景[3]。與傳統(tǒng)的腫瘤治療手段相比，腫瘤光學(xué)治療具有創(chuàng)傷小、毒副作用低、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，大量具有光熱轉(zhuǎn)化能力的納米材料(如：碳納米材料、金納米結(jié)構(gòu)、二維拓?fù)浣^緣體納米材料、有機(jī)聚合物與小分子)以及具有光敏化能力的納米材料被廣泛研究用于腫瘤光熱治療或光動(dòng)力治療[3]。最近，美國(guó)萊斯大學(xué)的Halas教授在一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)中，利用金納米殼的光熱效應(yīng)來(lái)治療前列腺癌患者并取得了良好的治療效果[4]。然而，目前大多數(shù)的研究都聚焦在光功能納米材料的設(shè)計(jì)構(gòu)建，僅在細(xì)胞水平和小動(dòng)物水平對(duì)其腫瘤治療效果進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，尚未深入探究其臨床轉(zhuǎn)化潛力。鑒于腫瘤光學(xué)治療良好的臨床轉(zhuǎn)化前景，將來(lái)我們?cè)谶@一前沿交叉領(lǐng)域的研究必須努力克服制約其臨床轉(zhuǎn)化的諸多問(wèn)題，加快推進(jìn)其在臨床腫瘤治療中的應(yīng)用。

2 腫瘤光熱治療臨床轉(zhuǎn)化所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

腫瘤光熱治療是利用光熱試劑(即吸光納米材料)在激光照射下產(chǎn)生的熱量來(lái)直接殺滅腫瘤細(xì)胞，其核心在于發(fā)展具有良好生物安全性與高效光熱轉(zhuǎn)化效率的光熱試劑[3]。目前，制約腫瘤光熱治療臨床轉(zhuǎn)化的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面： (1)光熱試劑的體內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng)且難以分解代謝；(2)光熱試劑的光熱轉(zhuǎn)化效率有待提高；(3)光熱試劑的腫瘤遞送效果較低且存在明顯的個(gè)體差異；(4)激發(fā)光的組織穿透深度有限(<1 cm)且易造成周邊正常組織損傷等[5]。

考慮到目前絕大多數(shù)的納米材料，尤其是無(wú)機(jī)納米材料，靜脈注射后會(huì)在肝、脾等器官長(zhǎng)時(shí)間地富集，進(jìn)而對(duì)機(jī)體造成潛在的毒副作用[6]。因此，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)光熱試劑時(shí)必須重點(diǎn)考察其生物安全性，我們應(yīng)該集中精力開(kāi)發(fā)在生理?xiàng)l件下可快速分解代謝且元素組成更為安全的納米材料；同時(shí)，我們應(yīng)發(fā)展血紅蛋白、黑色素等內(nèi)源性的吸光材料作為腫瘤光熱試劑[7]。另外，由于腫瘤光學(xué)治療中常用的近紅外激光的組織穿透深度小于1 cm，目前腫瘤光學(xué)治療僅對(duì)淺表組織的一些小體積腫瘤具有比較好的治療效果，而在大體積腫瘤與深部腫瘤的治療方面存在著明顯的局限性[8]。盡管可以通過(guò)増加激發(fā)光的功率來(lái)提高腫瘤光熱治療的效果，但這必將會(huì)對(duì)腫瘤周邊組織造成較為明顯的損傷。針對(duì)這一問(wèn)題，一方面，我們可以開(kāi)發(fā)具有高光熱轉(zhuǎn)化效率的吸光材料，例如，彭孝軍院士最近構(gòu)建了一種基于氟硼二吡咯分子的自組裝納米顆粒，其光熱轉(zhuǎn)化效率高達(dá)88.3%[9]；另一方面，我們可以通過(guò)將光熱治療與介入治療、手術(shù)切除(術(shù)后淋巴結(jié)光熱清掃)、免疫治療等方法有機(jī)整合來(lái)協(xié)同殺滅腫瘤，這將進(jìn)一步拓展光熱治療的應(yīng)用范圍[10-12]。除此之外，我們還可以通過(guò)優(yōu)化其表面修飾、偶聯(lián)靶向分子等策略來(lái)提高光熱試劑的腫瘤富集效果；同時(shí)，我們還亟需開(kāi)發(fā)具有更好普適性的腫瘤靶向策略，來(lái)減少因個(gè)體差異造成的材料富集差異[13]。

3 腫瘤光動(dòng)力治療臨床轉(zhuǎn)化所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

腫瘤光動(dòng)力治療是利用光敏劑在激光照射下將氧氣分子轉(zhuǎn)化成具有細(xì)胞毒性的活性氧自由基來(lái)殺滅腫瘤細(xì)胞。目前，光動(dòng)力治療已在多個(gè)國(guó)家被批準(zhǔn)用于治療食管癌、膀胱癌、肺癌等腫瘤，以及鮮紅斑痣、尖銳濕疣等皮膚病[14]。但是，受制于光敏劑光敏化效率低、激光的組織穿透深度小、病灶部位的氧氣濃度低等原因，光動(dòng)力治療目前在治療范圍與治療穩(wěn)定性方面還存著一定的不足，而且與其他治療手段相比，其治療效果也未體現(xiàn)出絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)[15-16]。此外，由于小分子光敏劑經(jīng)靜脈注射后會(huì)在皮膚等器官長(zhǎng)時(shí)間的富集，這將會(huì)給患者帶來(lái)嚴(yán)重的毒副作用[17]。

整整一個(gè)月，西雙沒(méi)有回公司上班。他在度他的蜜月。在醫(yī)院里在殯儀館里度他的蜜月。西雙焦頭爛額。西雙行色匆匆。日子兵荒馬亂。生活水深火熱。

近年來(lái)，得益于納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，我們可以通過(guò)構(gòu)建合適的納米遞送體系提高光敏劑的腫瘤遞送效率來(lái)提高光動(dòng)力治療的療效[18]。在此基礎(chǔ)上，我們有望通過(guò)構(gòu)建刺激響應(yīng)性納米遞送載體來(lái)實(shí)現(xiàn)光敏劑在腫瘤部位可控激活，以避免光敏劑對(duì)皮膚等組織造成嚴(yán)重的光毒性[19]。與腫瘤光熱治療類(lèi)似，我們可以通過(guò)結(jié)合光纖介入或利用內(nèi)源性生物發(fā)光等手段來(lái)解決光源對(duì)光動(dòng)力治療療效的影響，同時(shí)還能夠推進(jìn)光動(dòng)力治療在大體積腫瘤和深部腫瘤的臨床治療中的應(yīng)用[20]。另外，鑒于光動(dòng)力治療能夠通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫原性死亡而誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生特異性的抗腫瘤免疫反應(yīng)，有研究表明通過(guò)將光動(dòng)力治療與免疫佐劑、免疫檢查點(diǎn)阻斷劑等聯(lián)用后可以有效地提高腫瘤治療效果[21]。除此之外，我們認(rèn)為通過(guò)提高腫瘤部位的氧氣供應(yīng)來(lái)提高光動(dòng)力治療的療效也將是一種行之有效的策略[22]。

4 展 望

到目前為止，腫瘤射頻消融、微波消融、高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)、以及基于磁性納米顆粒的磁熱治療等已經(jīng)被批準(zhǔn)用于相關(guān)腫瘤的熱消融治療，傳統(tǒng)光動(dòng)力治療已經(jīng)被批準(zhǔn)用于腫瘤皮膚病等的臨床治療，多種納米遞送體系(如DOXiL，Abraxane)也被批準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用。我們認(rèn)為這些成功的經(jīng)驗(yàn)將有力地推動(dòng)腫瘤光學(xué)治療的臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)程。但在此之前，我們必須解決光功能納米材料的生物安全性、光熱轉(zhuǎn)化或光敏化效率、腫瘤靶向遞送效率等問(wèn)題，光功能納米材料的開(kāi)發(fā)將是腫瘤光學(xué)治療臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)程中的限速步驟。同時(shí)，受制于激發(fā)光的組織穿透深度能力不足，腫瘤光學(xué)治療必須與光纖介入等技術(shù)結(jié)合，這樣才能拓展其臨床應(yīng)用范圍以及對(duì)大體積腫瘤和深部腫瘤的治療效果。另外，由于腫瘤光學(xué)治療能夠有效地刺激患者的免疫系統(tǒng)并產(chǎn)生特異性的抗腫瘤免疫反應(yīng)，將腫瘤光學(xué)治療與免疫治療聯(lián)用有望進(jìn)一步提高對(duì)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤的臨床治療效果并有效防止腫瘤復(fù)發(fā)。綜上所述，盡管腫瘤光學(xué)治療是一種較為新穎的治療手段且存在著需要亟待解決的問(wèn)題，但我們始終認(rèn)為腫瘤光學(xué)治療的臨床轉(zhuǎn)化是有據(jù)可依、有章可循的，腫瘤光學(xué)治療有望在不遠(yuǎn)的將來(lái)造福廣大癌癥患者。