创新癌症治疗使用超声激活药物进行靶向

加州理工学院的创新癌症治疗利用超声激活药物进行靶向治疗，减少副作用并提高疗效。

化疗作为癌症的治疗方法是 20 世纪的主要医学成功故事之一，但它远非完美。任何经历过化疗或有朋友或亲人经历过化疗的人都会熟悉它的许多副作用：脱发、恶心、免疫系统减弱，甚至不孕和神经损伤。

这是因为化疗药物是有毒的。它们旨在通过毒害癌细胞来杀死癌细胞，但由于癌细胞来源于健康细胞并且与它们基本相似，因此很难制造出一种在不伤害健康组织的情况下杀死它们的药物。

靶向药物递送的突破

但现在，加州理工学院的两个研究团队创造了一种全新的药物输送系统，他们说这种系统可能最终使医生能够以更有针对性的方式治疗癌症。该系统使用由超声波激活的药物，并且仅在体内需要它们的地方。

该系统是在化学助理教授Maxwell Robb和化学工程和医学工程Max Delbrück教授兼Howard Hughes医学研究所研究员Mikhail Shapiro的实验室中开发的。在发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，研究人员展示了他们如何结合每个专业的元素来创建该平台。

两个研究小组合作，将气体囊泡（在某些细菌中发现的充满空气的蛋白质胶囊）和机械载体（在受到物理力时发生化学变化的分子）结合在一起。夏皮罗的实验室以前曾将气体囊泡与超声波结合使用，对单个细胞进行成像并精确地移动细胞。就其本身而言，罗伯的实验室已经创造了在拉伸时会改变颜色的机械载体，使它们可用于检测结构中的应变，以及其他可以释放较小分子（包括药物）以响应机械刺激的机械载体。对于这项新工作，他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。

超声波激活的机械载体

“我们已经考虑了很长时间，”罗伯说。“当我第一次来到加州理工学院时，米哈伊尔就开始谈论超声波的机械效应。

当他们开始研究机械载体和超声波的结合时，他们发现了一个问题：超声波可以激活机械载体，但强度如此之强，以至于它也会损害邻近组织。研究人员需要的是一种将超声波能量集中在他们想要的地方的方法。事实证明，夏皮罗的气体囊泡技术提供了解决方案。

在他之前的研究中，夏皮罗利用了囊泡在受到超声波轰击时像铃铛一样振动或“响”的趋势。然而，在目前的研究中，囊泡的响声如此之大以至于它们破裂，从而集中了超声波能量。囊泡实际上变成了微小的炸弹，其爆炸激活了机械载体。

“通过超声波施加力通常依赖于非常强烈的条件，这些条件会触发微小溶解气泡的内爆，”该研究的合著者Molly McFadden（PhD ’23）说。“它们的坍塌是激活机械载体的机械力的来源。囊泡对超声的敏感性更高。使用它们，我们发现在更弱的超声波下可以实现相同的机械载体激活。

未来潜力和影响

夏皮罗实验室的博士后研究员姚玉星说，这是聚焦超声首次能够在生物环境中控制特定的化学反应。

“以前，超声波被用来破坏事物或移动事物，”姚说。“但现在它为我们使用机械化学开辟了这条新道路。

到目前为止，该平台仅在受控的实验室条件下进行了测试，但在未来，研究人员计划在生物体中进行测试。