一次给药多次治疗：MIT开发“光热微粒”肿瘤新疗法

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，而且并不总是能见效。

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一种可以植入肿瘤部位的微小颗粒，这些微粒可提供两种类型的治疗：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，并且两种疗法的协同作用可能比一次给予一种治疗更能延长患者的寿命。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生存期。

“这种特殊技术可能有用的例子之一是试图抑制恶性肿瘤的生长。”麻省理工学院科赫综合癌症研究所的首席研究员 Ana Jaklenec 说，“我们的目标是为那些没有太多选择的患者帮助控制这些肿瘤，这可以延长他们的寿命，或者至少让他们在此期间拥有更好的生活质量。”

Jaklenec 是这项新研究的资深作者之一，其他作者包括生物工程和材料科学与工程系 James Mason Crafts 教授，科赫研究所成员 Angela Belcher，以及麻省理工学院教授、科赫研究所成员 Robert Langer。前麻省理工学院博士后 Maria Kanelli 是这篇论文的主要作者。目前这篇论文已经发表在ACS Nano上。

双重治疗

晚期肿瘤患者通常接受化疗、手术和放疗等联合治疗。光疗是一种较新的治疗方法，借助植入或注射用外部激光加热的颗粒，将其温度提高到足以杀死附近的肿瘤细胞而不损害其他组织。

目前，临床试验中的光疗方法使用金纳米颗粒，当暴露于近红外光时，它会发出热量。

麻省理工学院的团队希望找到一种同时进行光疗和化疗的方法，他们认为这可以使患者的治疗过程更容易，并且还可能产生协同作用。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 doxorubicin 或疏水性药物 violacein 结合在一起。为了制造颗粒，他们将二硫化钼和化疗药物与一种名为聚己内酯的聚合物进行混合，然后干燥成薄膜，可以将其压制成不同形状和尺寸的微粒。

在这项研究中，研究人员制造了宽度为 200 微米的立方体颗粒。一旦注射到肿瘤部位，颗粒就会在整个治疗过程中留在那里。在每个治疗周期中，使用外部近红外激光来加热颗粒，这种激光可以穿透几毫米到厘米的深度，对组织产生局部影响。

“这个平台的优势在于它可以根据需求以‘脉动’的方式发挥功效。”Kanelli 说，“通过瘤内注射给药一次，然后使用外部激光源就可以激活平台，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来计算激光功率、照射时间和光疗剂浓度，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℃，这个温度足以杀死肿瘤细胞。同样在这个温度下，颗粒内的聚合物基质开始熔化，释放出基质内含有的化疗药物。

“这种机器学习优化的激光系统使我们能够利用近红外光的深层组织穿透进行脉动、按需光热治疗，从而部署低剂量、局部化疗。与传统化疗方案相比，这种协同效应带来的全身毒性较低。”Belcher 实验室癌症研究科学家、该论文的第二作者 Neelkanth Bardhan 说道。

消除肿瘤

研究人员在注射了来自三阴性乳腺肿瘤的侵袭性癌细胞的小鼠身上测试了微粒治疗。肿瘤形成后，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，每次治疗间隔三天。

Belcher 表示：“这有力地证明了近红外响应材料系统的实用性。”Belcher 此前曾与 Bardhan 一起研究用于卵巢癌诊断和治疗应用的近红外成像系统。“只需注射一剂粒子后，用光定时控制药物释放，改变传统治疗方式，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，并且与单独接受化疗或光疗或不接受治疗的小鼠相比寿命要长得多。接受全部三个治疗周期的小鼠的表现也比仅接受一次激光治疗的小鼠好得多。

用于制造颗粒的聚合物具有生物相容性，并且已获得 FDA 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，目标是最终在临床试验中对其进行评估。他们预计这种治疗方法可用于任何类型的实体瘤，包括转移性肿瘤。

该研究由 Bodossaki 基金会、Onassis 基金会、Mazumdar-Shaw 国际肿瘤学奖学金、国家癌症研究所奖学金和国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）赠款资助。

https://news.mit.edu/2024/implantable-microparticles-can-deliver-two-cancer-therapies-1028