由可生物降解聚合物制成的微小“热弹”可以精确地靶向和治疗患病细胞

康奈尔大学的研究人员开发了一种新的方法，通过使用含有微小水袋的可生物降解聚合物来安全地加热身体内的特定区域，然后由近红外激光激活。这项技术可能会带来精确和无创的诊断和治疗，也许可以对抗癌症。

这些发现发表在ACS Nano上。主要作者是博士后研究员Jinha Kwon。

该项目始于康奈尔大学工程学院机械与航空航天工程副教授、该论文的资深作者田志婷（Zhiting Tian），她希望将实验室在纳米尺度热传输和能量转换方面的专业知识应用于生物医学，这些领域的应用范围从微电子到太空探索。

首先，她需要找到合适的输送系统。

2014年，她偶然发现了一篇关于聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）聚合物的论文，该聚合物可以被近红外光触发并释放药物。聚合物本身不能吸收近红外光，但作者假设，也许水被困在其中，而封闭的水是对光反应并使药物释放的原因。

这种方法对田来说特别有趣，因为与用于类似目的的金纳米棒或半导体聚合物不同，PLGA聚合物是可生物降解的，因此它们不会对身体构成任何长期风险，并且已经获得美国食品和药物管理局的批准。

田急于检验他们的假设，但与此同时，她仍然纠结于在哪里以及如何将PLGA用作局部加热器。2022年，她看到了斯坦福大学洪国松教授领导的一个团队的一项研究，该研究使用近红外光来加热对温度敏感的离子通道，并控制有针对性的深部大脑神经活动。碎片开始拼凑在一起。田说：“我对这项工作非常兴奋，因为如果神经元活动可以通过局部加热来激活或抑制，这意味着我们可以将这些PLGA颗粒用于这一目的。”。

她决定要学习更多，所以她做了一件非常学术的事情。她回到学校，在斯坦福大学度过了一个学期的休假。田说：“我参观了我读过论文的小组，我呆在他们的实验室里。我参加了会议，看着他们做实验，还参加了PI每周教的课。”。“再次成为一名学生感觉很好，我可以做笔记并学习所有这些新概念。这很有趣。”

田回到康奈尔大学，对神经调控有了更深入的了解，以及如何将其与实验室测量热输运的工作和材料背景相结合。

但她的团队没有太多经验的一个领域是进行体外细胞实验，所以他们转向康奈尔大学工程学院生物医学工程副教授西村野佐美的实验室寻求实验支持。

研究人员尝试了两种不同的方法——单乳液和双乳液——来生产PLGA纳米粒子。他们最终发现，单乳液——水袋不是故意引入的，而是高频声波导致水分子扩散到颗粒中，变得受限——导致水袋变小，与直觉相反，水袋可能会达到更高的温度。

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。田说：“诀窍在于，当水被限制在狭小的空间内时，它的行为会有所不同。它比正常的散装水更有效地加热。”。“我们有一个聚合物层，它就像一个隔热材料，可以将热量困在里面，防止热量过快逃逸。”

这个过程在光热剂（即聚合物中的承压水）和细胞环境之间提供了必要的对比，从而产生局部热量。

除了神经调控，该技术的另一个有前景的应用是热疗，在热疗中，癌症细胞被热破坏，从而使化疗和放射治疗更加有效。田说：“你要非常有针对性、局部性和精确性，提高癌细胞的温度，但不伤害健康组织。”。“目前，我们可以了解内部基本机制的情况。我们进行了细胞测试，这样我们就可以看到颗粒是安全的，它们不会干扰关键的细胞功能。我认为下一个重要步骤是进行体内测试，我们将其应用于动物模型并观察其影响。”