基于纳米材料光热治疗的肿瘤转移抑制新策略

       35 图1. 光热治疗抑制肿瘤转移新策略。(A)基于碳纳米管的影像导航下肿瘤前哨淋巴节光热清扫可有效抑制肿瘤淋巴转移。(B)基于碳纳米材料的肿瘤光热治疗诱发体内抗肿瘤免疫反应与免疫治疗联合可以有效杀灭体内残存的转移肿瘤细胞。除了碳纳米管外,该课题组利用蛋白纳米载体和高分子纳米载体也实现了同样的功能。

        恶性肿瘤,又称癌症,是威胁人类健康的头号杀手。不同于良性肿瘤,恶性肿瘤有很强的转移能力,容易扩散到全身各个器官并最终导致病人的死亡。在癌症转移的初期,癌细胞容易侵入通透性较高的淋巴管,并随着淋巴液移动至离肿瘤最近的前哨淋巴结,在该淋巴结处形成新的恶性肿瘤,并进一步向深层淋巴结转移。到了癌症中后期,癌细胞则会穿透血管进入血液,随血液循环侵入其他器官形成继发瘤。因此,抑制恶性肿瘤的转移是治愈癌症的关键,也是当今癌症治疗领域亟待攻克的难题之一。

        光热治疗利用光热转换效率高的近红外吸光材料,可在外部光源(一般是近红外光)的照射下将光能转化为热能从而杀死癌细胞。这种新型肿瘤治疗方法近年来越来越受到研究者的关注,2014年以来苏州大学刘庄课题组发表了一系列工作,提出了利用光热治疗抑制肿瘤转移的新策略。在一项较早的工作中,该课题组利用注射到肿瘤中的功能化的单壁碳纳米管,可首先通过多模态成像定位肿瘤附近的前哨淋巴结,然后外加近红外激光照射以通过光热治疗消融原发肿瘤和淋巴结转移瘤。相比于单一使用光热或手术治疗原发肿瘤,这种疗法显著提高了实验组小鼠的存活率(Adv. Mater. 2014, 26, 5646-5652)。接着,该课题组开发了一种以蛋白质为载体的具有更好生物相容性的光热试剂用于荧光成像导航下的肿瘤淋巴结光热治疗,于手术切除原位瘤相结合可以有效抑制肿瘤的进一步转移(Biomaterials, 2014, 35, 9355-9362)。

        放射治疗(放疗)是在临床中被广泛采用的一种肿瘤治疗方法。在该课题组最近的一个工作中,他们发现掺杂放射性核素碘131的硫化铜纳米颗粒既有放疗的功能,又因其在近红外区的高吸收能力而可以作为光热治疗试剂。利用碘131的放射性进行成像,可以观察到纳米颗粒注射进入原发瘤后向前哨淋巴结的迁移和富集。而同时利用基于该材料的光热治疗与放疗的联合,能够得到具有显著协同效应的治疗效果,抑制了肿瘤的淋巴转移并显著提升了小鼠的存活率(Adv. Funct. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adfm.201502003)。

        磁场靶向是一种通过外加磁场引导磁性治疗材料在肿瘤区域富集的治疗方法。在最新的一个成果中,该课题组利用具有良好磁性和强近红外吸收能力的金壳包覆四氧化三铁纳米簇,通过在前哨淋巴结部位上外加强磁场,有效增加了该磁性光热材料在前哨淋巴结的富集,进一步提高了肿瘤前哨淋巴结光热治疗的效率(Small 2015, DOI: 10.1002/smll.201501197)。

       上述针对肿瘤前哨淋巴结转移的光热治疗策略,虽然对早期淋巴转移的肿瘤具有较好的治疗效果,但是在癌症晚期癌细胞通过血液扩散到全身各处后则将无能为力。在另外一项工作中,该课题组还发展了光热治疗激活体内免疫系统使其攻击癌细胞的免疫疗法用于肿瘤转移的治疗。他们发现使用碳纳米管作为光热试剂杀灭原位肿瘤后,肿瘤细胞特有的生物分子(蛋白、DNA等)被暴露于机体有可能被免疫系统当作肿瘤特异性抗原被识别,而于此同时碳纳米管能起到一种类似免疫佐剂的作用使机体对于免疫刺激更加敏感,从而放大光热治疗后机体的免疫反应。该免疫反应由于体内“保护肿瘤”的调节性T细胞的存在而难以单独发挥作用,但可以通过与Anti-CTLA-4抗体(一种临床批准的免疫治疗药物,可抑制调节性T细胞的活性)联用来实现有效抑制体内残存肿瘤细胞的生长,从而控制肿瘤的转移扩散(Adv. Mater. 2014 26, 8154-8162)。值得指出的是,这样一种抗肿瘤免疫学效应是传统手术治疗所不具备的。

      苏州大学刘庄教授课题组的上述系列工作为基于纳米医学尤其是纳米肿瘤光热治疗抑制肿瘤转移提出了新的思路。