Advanced Materials:先进纳米技术引领多模态影像导航的精准手术治疗

癌症已经成为威胁人类健康的主要杀手。对大多数实体肿瘤,外科手术切除是一种古老但又有效的治疗手段,有望达到治愈目标。但目前术后复发和转移率仍较高,远期生存率仍不尽如人意。理论上,通过“完全切除”来彻底清除病灶可以有效预防复发和因肿瘤播散引起的转移。然而,如何实现“完全切除”?这是近两个世纪以来一直困扰肿瘤外科医生和科研人员的难题。对于“完全切除”这一概念,首先需要明确两个关键问题:第一,完全清除不等于单纯地无限制地扩大手术切缘,手术切除线应该是精准的、个体化制定的,在一定程度上取决于肿瘤的真正边界。第二,外科手术仅从宏观角度清除病灶,对于那些不可见的微小病灶(如播散的肿瘤细胞等),则需要采取综合治疗来清除。

当代科学技术的融合发展与综合应用开启了精准外科纪元,在肿瘤外科主要体现为精准肿瘤切除。分子影像学的发展与临床应用研究有望界定肿瘤边界,而信息科学技术(包括虚拟现实技术、增强现实技术、计算机辅助手术等)在临床医学的应用则实现了可视化与手术导航。此外,传统的抗肿瘤策略(包括放疗、化疗等)与新兴的靶向治疗、免疫治疗、光动力治疗、光热治疗等与精准肿瘤切除手术想结合,有望实现彻底治愈肿瘤。而纳米多功能平台的开发与应用是实现精准外科手术导航及协同抗肿瘤策略的桥梁。

因此,基于上述两个关键问题,美国国立卫生研究院陈小元教授和中南大学熊力副教授、文宇副教授合作,全面阐述了用于精准外科手术导航的肿瘤协同治疗的先进纳米技术的最新进展,主要解答了以下三个问题:

1)纳米材料如何到达手术目标(包括肿瘤、前哨淋巴结等)?

2)纳米技术如何实现精准外科手术导航?

3)纳米技术如何实现基于外科手术的肿瘤协同治疗?

随着微创外科技术的飞速发展,新兴纳米技术在实现微创、精准、智能肿瘤外科手术中具有广阔前景,有望实现实时精准手术导航的抗肿瘤协同治疗策略,从而彻底切除肿瘤,但是离临床应用仍有一段距离。除了纳米材料在生物医学中应用的基本问题外(如,生物相容性、组织穿透能力、长期细胞毒性等),目前还存在一些关键问题亟待解决,包括:用于精准外科手术的理想纳米造影剂的对立特性:特异靶向性VS.临床应用范围,充足的手术时间窗VS.纳米材料从体内快速清除的时间,诸如有机材料等材料的高生物安全性VS.低量子产率,实时手术导航的高分辨率但可视化范围的局限性VS.非实时手术导航可视化范围的整体性。需要开发术中应用的分子影像设备,并具备下述特点:手持式,可以单独使用或作为固定设备的补充,便于多角度操作;能够发射不同波长的激光,一个设备即可实现多模态成像;能与内镜、腔镜系统整合,在微创手术中应用,这些都是纳米技术用于精准外科手术方面的基础和临床研究在未来需要关注的重点。通过先进纳米材料与技术,精准手术导航与肿瘤协同治疗将是肿瘤外科手术研究的新方向。相关论文以“Advanced Nanotechnology Leading the Way to Multimodal Imaging‐Guided Precision Surgical Therapy”为题,在线发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201904329)上。