纽约大学阿布扎比分校（NYU Abu Dhabi）的科学家在癌症研究领域开发了一种纳米技术的创新应用。由生物学副教授马津·马格祖布（Mazin Magzoub）领导的多学科团队，致力于利用该技术提高癌症治疗的精确性，同时最大限度地减少对周围健康组织的损伤。
该研究聚焦于光热疗法（PTT）中光应用的新进展，该疗法利用光产生的热量杀灭癌变肿瘤细胞。传统癌症治疗方法包括化疗和放疗，但PTT提供了直接靶向肿瘤细胞的潜在途径，同时避免化疗或放疗造成的附带损伤。
为构建针对PTT的靶向方法，纽约大学阿布扎比分校研究团队设计了对近红外（NIR）电磁辐射敏感的超小型纳米粒子，使临床医生能从内部加热肿瘤。此外，团队还设计并合成了可直接将热量递送至肿瘤细胞的纳米粒子。
近红外光与纳米粒子设计
近红外光是此类应用的理想选择，因其穿透人体组织的效果优于可见电磁辐射，从而能够触及皮肤表层深处的肿瘤。
团队面临的主要挑战之一是开发能在体内保持足够稳定时间的材料，以深入穿透并有效实施PTT治疗。
为解决这些问题，研究团队选择羟基磷灰石（HA）作为新型纳米粒子的理想起点。这种矿物质已在人体骨骼和牙齿中自然生成并储存，意味着身体将其视为无害物质。除生物相容性外，HA还具有生物可降解性，能被身体自然分解和排出。
研究团队利用该矿物制造出具有微小孔隙的球形纳米粒子，用于封装光敏染料。为增强这些近红外发射纳米粒子的稳定性，团队在每个粒子表面涂覆了脂质和聚合物薄层，以提高结构完整性和生物利用度。
该涂层延长了纳米粒子在血管系统中的循环时间，并降低了被宿主生物体免疫反应检测到的可能性，使更多纳米粒子能抵达肿瘤目标位置。
靶向肿瘤环境
研究人员还应用了一种名为ATRAM的肽，它能在酸性条件下反应，协助附着的纳米粒子进入肿瘤环境。实体肿瘤通常位于pH值略低于中性的环境中，而周围非肿瘤组织则接近中性。ATRAM肽在酸性环境中被激活，从而结合并进入肿瘤细胞。
马格祖布表示：“这项工作通过单一生物相容且可生物降解的递送系统，为靶向治疗和成像提供了全面解决方案。我们相信，解决与肿瘤治疗递送相关的主要障碍，最终将有助于提高癌症疗法的精确性。”
纳米粒子进入肿瘤细胞后，医生可通过纳米粒子内染料的荧光发射确定肿瘤细胞位置，并实时追踪这些细胞。因此，当暴露于近红外光谱的光线时，纳米粒子内的染料会将光转换为热量。
热量生成与细胞效应
实验室分析显示，纳米粒子产生的热量取决于纳米粒子浓度和光强度。在某些情况下，该热量足以杀死恶性细胞。纳米粒子暴露于光后加热效应的稳定性表明其不会快速降解。
马格祖布向《The Brighter Side of News》表示：“纳米粒子通过将染料封装在羟基磷灰石中增强了染料性能，从而提供额外的防降解保护，实现了更高的光热转换效率。”
“纳米粒子已在实验室环境中培养的人类胰腺癌细胞上进行测试。当系统pH处于生理范围时，细胞摄取量很低，光照下仅造成轻微损伤。当系统pH降低至肿瘤类似水平时，摄取量显著增加。”
细胞反应与选择性
在近红外光和低pH条件下，癌细胞存活率显著下降，而健康细胞未表现出相同反应。进一步分析确定，许多癌细胞通过细胞凋亡死亡，这是热消融导致的程序性坏死方式。
这表明纳米粒子能够选择性地损伤或杀死癌细胞，而不会对周围健康组织产生不利影响。
纳米粒子在胰腺肿瘤小鼠身上进行了体内测试。纳米粒子经静脉注射后，在肿瘤组织中的积累量高于任何大型器官。给药染料后数天内，肿瘤信号可见，使研究人员能够追踪纳米粒子。
体内结果与安全性
在近红外光存在下，纳米粒子加热至远高于单纯粒子的温度，且升温速度更快。
随着时间推移，接受纳米粒子并经近红外光治疗的小鼠肿瘤体积显著减小。其存活时间长于未接受纳米粒子治疗的小鼠，且受影响程度低于所有其他组。
安全测试期间，小鼠未经历显著不良反应。小鼠体重保持稳定，显微镜检查显示器官健康，血液检测未显示炎症或器官衰竭迹象。染料在约三天内从小鼠系统循环中排出。
研究的未来影响
本研究数据支持开发更精准、损伤更小的癌症疗法的前景，该疗法将诊断成像和治疗能力整合到单一平台。这种方法使医生能同时检测肿瘤、监测其进展并消除恶性细胞。
若该方法能有效转化为人类临床应用，对化疗和放疗等传统激进疗法的依赖可能会降低。此外，为原本无法手术切除的肿瘤治疗提供了新的治疗途径。
该方法有望刺激药物递送系统的进一步创新，从而增强多个领域的精准医学学科发展。研究结果已在线发表于《Cell Reports Physical Science》期刊。
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