PNAS阻止癌症轉移新武器：納米材料+激光打斷癌細胞的「腿」

對於癌症患者而言，最糟糕的狀況莫過於癌轉移，它是造成多數患者死亡的主要原因。近日，喬治亞理工學院Mostafa El-Sayed教授領導的一個研究小組開發出一種阻止癌症轉移的新方法，研究人員利用一種名為光熱治療的方法破壞癌細胞的偽足，阻止細胞遷移，簡而言之就是打斷癌細胞的「腿」。這項研究於6月27日發表於PNAS上。

光熱治療是一種新興的腫瘤治療方法。通過將具有近紅外光熱轉換的納米材料，選擇性累積到腫瘤部位，然後僅對腫瘤局部實施近紅外光照，腫瘤細胞間和細胞內的納米材料吸收近紅外光，高效地轉化為熱能，可使腫瘤產生局部超高溫度，從而將腫瘤細胞殺死。由於腫瘤周圍正常組織納米材料分布較少，因而保證了治療中不會對正常組織造成損傷。不過，在這項新研究中，研究人員考察的不是光熱治療對癌細胞的殺傷作用，而是對癌細胞遷移能力的影響。

癌細胞的「腿」

許多人都認為細胞就像一個裝了水的球——液體被包裹在細胞膜內，裡面漂浮著各種細胞器。但這種描述是不完整的。事實上，細胞還具有細胞骨架這樣的支撐網格，它們賦予細胞形態及功能。

比如，細胞骨架能夠形成名為絲狀偽足（filopodia）的剛毛突起，它從細胞邊緣上的板狀偽足（lamellipodia）上延伸出來。這些突起就好比細胞的「腿」，能夠讓細胞在組織內進行遷移。

但是，在惡性腫瘤中，正常的細胞功能被過度驅動。板狀偽足和絲狀偽足大量地過度產生。

在經過金納米棒和近紅外激光治療後細胞形態的改變。圖片來源：PNAS

黏在整聯蛋白上的金納米棒

光熱治療的核心部分就是具有超強光熱轉化效率的納米材料。在貴金屬納米材料中，如金納米顆粒，由於對光具有很強的表面等離子共振吸收效應，是理想的光熱轉化材料。

在這項新研究中，金納米棒被一種名為RGD-peptides的分子包被，這種分子使金納米棒能夠特異性地粘附到一種名為整聯蛋白（integrin）的細胞蛋白質上，阻斷其功能，使其不能繼續引導細胞骨架過度生產板狀偽足和絲狀偽足。因此，金納米棒與整聯蛋白的結合減緩了惡性細胞的遷移。更重要的是，由於一些特定的整聯蛋白只有在癌細胞中才過量產生。因此健康細胞能幸運地逃脫金納米棒的「制裁」。

激光加熱金納米棒

金納米棒已經瞄準了癌細胞。接下來，研究人員用近紅外（NIR）低能量激光轟擊金納米顆粒。這種光不被細胞吸收，但能被金納米棒吸收。這些納米材料吸收光能並將其轉化為熱能，殺死了與其相連的部分癌細胞，並破壞板狀偽足和絲狀偽足。

早期的動物實驗中曾使用過更熱的激光，但效果不太好。由於會引起炎症，因此可能只能加熱一次。然而，一次的高溫不能殺死所有的癌細胞，總會有些漏網之魚存活下來，並可能在以後轉移。

研究人員表示，新研究中的這種更加溫和的激光不會燒傷皮膚或損傷組織，因此可以多次給葯，更加徹底地阻止癌細胞遷移。

金納米棒影響細胞遷移的機制。圖片來源：PNAS

臨床應用的可能性

研究人員目前想通過局部直接注射治療頭頸部，乳房和皮膚癌，並且他們使用的低能近紅外激光可以轟擊組織內2-3厘米深的金納米棒。更深處的腫瘤需要在更深的部位注入納米棒，因此後續可能需要光纖或者內窺激光。此外，將納米棒直接注入血液中用於廣泛治療目前尚不可行。

在安全性方面，研究人員曾經進行過動物模型治療的體內研究。研究顯示，在治療後15個月，金元素沒有給小鼠造成明顯的毒性。並且在一年後，治療的小鼠仍然健康存活。

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