可植入微粒可以同时提供两种癌症治疗

晚期癌症患者通常需要接受多轮不同类型的治疗，这可能会导致不必要的副作用，而且可能并不总是有帮助

为了扩大这些患者的治疗选择，麻省理工学院的研究人员设计了可以植入肿瘤部位的微小颗粒，在那里他们提供两种治疗：热疗和化疗

这种方法可以避免静脉注射化疗时经常出现的副作用，两种疗法的协同作用可能会延长患者的寿命，而不是一次只接受一种治疗。在一项针对小鼠的研究中，研究人员表明，这种疗法完全消除了大多数动物的肿瘤，并显著延长了它们的存活时间

麻省理工学院科赫癌症综合研究所的首席研究员Ana Jaklenec说：“这种特殊技术可能有用的例子之一是试图控制真正快速增长的肿瘤的生长。”。“我们的目标是为那些没有太多选择的患者控制这些肿瘤，这可以延长他们的寿命，或者至少让他们在此期间有更好的生活质量。”Jaklenec是这项新研究的高级作者之一，还有James Mason Crafts生物工程和材料科学与工程教授、科赫研究所成员Angela Belcher和麻省理工学院教授、科赫学院成员Robert Langer。前麻省理工学院博士后Maria Kanelli是该论文的主要作者，该论文发表在《ACS Nano》杂志上

双重治疗

晚期肿瘤患者通常会接受综合治疗，包括化疗、手术和放疗。光疗是一种较新的治疗方法，涉及植入或注射用外部激光加热的颗粒，将其温度升高到足以杀死附近的肿瘤细胞而不损伤其他组织

目前临床试验中的光疗方法使用金纳米粒子，当暴露在近红外光下时会发热

麻省理工学院的团队希望找到一种同时提供光疗和化疗的方法，他们认为这可以使治疗过程对患者更容易，也可能产生协同作用。他们决定使用一种名为硫化钼的无机材料作为光疗剂。这种材料可以非常有效地将激光转化为热量，这意味着可以使用低功率激光器

为了创造一种可以提供这两种治疗的微粒，研究人员将二硫化钼纳米片与亲水性药物阿霉素或疏水性药物violacein结合在一起。为了制造颗粒，二硫化钼和化疗药物与一种名为聚己内酯的聚合物混合，然后干燥成薄膜，可以压制成不同形状和大小的微粒

在这项研究中，研究人员创造了宽度为200微米的立方体粒子。一旦注射到肿瘤部位，颗粒在整个治疗过程中都会留在那里。在每个治疗周期中，使用外部近红外激光加热颗粒。这种激光可以穿透几毫米到几厘米的深度，对组织产生局部影响

Kanelli说：“这个平台的优点是它可以以脉动的方式按需行事。”。“通过肿瘤内注射给药一次，然后使用外部激光源激活平台，释放药物，同时实现肿瘤细胞的热消融。”

为了优化治疗方案，研究人员使用机器学习算法计算出激光功率、照射时间和光疗剂的浓度，以获得最佳效果

这促使他们设计了一个持续约三分钟的激光治疗周期。在此期间，颗粒被加热到约50摄氏度，这足以杀死肿瘤细胞。同样在这种温度下，颗粒中的聚合物基质开始融化，释放出基质中的一些化疗药物。

“这种机器学习优化的激光系统确实允许我们利用近红外光的深层组织穿透进行脉动式、按需的光热治疗，从而部署低剂量的局部化疗。与传统化疗方案相比，这种协同效应导致全身毒性较低，”Belcher实验室突破癌症研究科学家、论文第二作者Neelkanth Bardhan说

消除肿瘤

研究人员在注射了来自三阴性乳腺肿瘤的攻击性癌症细胞的小鼠中测试了微粒治疗。一旦肿瘤形成，研究人员在每个肿瘤中植入约25个微粒，然后进行三次激光治疗，每次治疗之间间隔三天

Belcher说：“这有力地证明了近红外响应材料系统的实用性。“在注射一剂粒子后，用光控制药物的定时释放，是一种改变游戏规则的方法，可以减少痛苦的治疗选择，并可以提高患者的依从性。”

在接受这种治疗的小鼠中，肿瘤被完全根除，小鼠的寿命比仅接受化疗或光疗或不接受治疗的小鼠长得多。接受所有三个治疗周期的小鼠也比只接受一次激光治疗的小鼠表现要好得多

用于制造颗粒的聚合物具有生物相容性，并且已经获得美国食品药品监督管理局批准用于医疗器械。研究人员现在希望在更大的动物模型中测试这些颗粒，最终在临床试验中对其进行评估。他们希望这种治疗方法对任何类型的实体瘤都有用，包括转移性肿瘤 More information: Maria Kanelli et al, A Machine Learning-Optimized System for Pulsatile, Photo- and Chemotherapeutic Treatment Using Near-Infrared Responsive MoS2-Based Microparticles in a Breast Cancer Model, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.4c07843

Journal information: ACS Nano