麻省理工学院的研究人员开发出一种微粒，用于针对肿瘤部位的双重治疗，将化疗和光疗相结合，以减少全身副作用并提高疗效。在小鼠研究中，这种方法比单一治疗更能消除肿瘤并延长生存期。

光疗与化学疗法相结合可能提供一种更有效对抗侵袭性肿瘤的更有效方法。

晚期癌症患者通常必须忍受多轮不同类型的治疗，这可能会导致不良的副作用并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粒子，在那里进行两种治疗：热疗和化疗。

这种方法可以避免静脉注射化疗时经常发生的副作用，两种疗法的协同作用可能比单独进行一种治疗更能延长患者的寿命。在一项针对小鼠的研究中，研究人员发现，这种疗法可以完全消除大多数动物的肿瘤，并显著延长它们的生存期。

“这项特殊技术可能有用的一个例子是试图控制快速生长的肿瘤的生长。”麻省理工学院科赫综合癌症研究所首席研究员 Ana Jaklenec 表示： “我们的目标是为没有太多选择的患者控制这些肿瘤，这可以延长他们的生命，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，其他作者包括詹姆斯·梅森·克拉夫茨生物工程和材料科学与工程教授、科赫研究所成员 Angela Belcher 以及麻省理工学院研究所教授、科赫研究所成员 Robert Langer。前麻省理工学院博士后 Maria Kanelli 是这篇发表在《ACS Nano》（美国化学学会纳米）杂志上的论文的主要作者。

晚期肿瘤患者通常接受多种治疗，包括化疗、手术和放疗。光疗是一种较新的治疗方法，包括植入或注射用外部激光加热的粒子，使其温度升高到足以杀死附近的肿瘤细胞而不会损害其他组织。

目前临床试验中的光治疗方法是利用金纳米粒子，这种粒子在暴露于近红外光时会发出热量。

麻省理工学院的研究团队希望找到一种同时进行光疗和化疗的方法，他们认为这种方法可以让患者的治疗过程更轻松，也可能产生协同效应。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的激光。

麻省理工学院的研究人员设计出了一种微粒，它可以将光疗与化疗药物一起输送到肿瘤中。左下方是携带阿霉素的粒子，右上方是携带紫红素的粒子。图片来源：Ana Jaklenec 等人提供

为了制造出一种能够同时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紫罗兰素结合在一起。为了制造这种颗粒，将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，该薄膜可以压成不同形状和大小的微粒。

在这项研究中，研究人员制作了宽度为 200 微米的立方体粒子。一旦注入肿瘤部位，粒子就会在整个治疗过程中留在那里。在每个治疗周期中，都会使用外部近红外激光加热粒子。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。

“该平台的优势在于，它可以以脉冲方式按需发挥作用，”Kanelli 说道：“你只需通过肿瘤内注射一次，然后使用外部激光源即可激活该平台，释放药物，同时实现对肿瘤细胞的热消融。”

为了优化治疗方案，研究人员使用机器学习算法来找出可获得最佳效果的激光功率、照射时间和光治疗剂浓度。

因此他们设计了一个持续约三分钟的激光治疗周期。在此期间，粒子被加热到约 50 摄氏度，这个温度足以杀死肿瘤细胞。同样在这个温度下，粒子内的聚合物基质开始熔化，释放出基质中所含的一些化疗药物。

“这种机器学习优化的激光系统确实使我们能够通过利用近红外光的深层组织穿透来进行脉冲式按需光热疗法，从而部署低剂量、局部化疗。与传统化疗方案相比，这种协同效应可降低全身毒性。”Belcher 实验室的突破性癌症研究科学家、论文第二作者 Neelkanth Bardhan 说道。

研究人员在老鼠身上测试了微粒治疗，老鼠被注射了一种来自三阴性乳腺肿瘤的恶性癌细胞。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。

“这有力地证明了近红外响应材料系统的实用性，”Belcher 说道，他和 Bardhan 之前曾共同研究近红外成像系统在卵巢癌诊断和治疗中的应用。“只需注射一剂粒子，就能用光定时控制药物释放，这将彻底改变疼痛较少的治疗方案，并能提高患者的依从性。”

接受这种治疗的小鼠的肿瘤被彻底根除，并且它们的寿命比仅接受化疗或光疗或未接受任何治疗的小鼠长得多。接受所有三个治疗周期的小鼠也比仅接受一次激光治疗的小鼠表现更好。

用于制造粒子的聚合物具有生物相容性，并且已获得 FDA 批准用于医疗设备。研究人员现在希望在更大的动物模型中测试这些粒子，最终目标是在临床试验中对其进行评估。他们预计这种治疗方法可以用于任何类型的实体肿瘤，包括转移性肿瘤。

该研究由博多萨基基金会、奥纳西斯基金会、马宗达-肖国际肿瘤学奖学金、美国国家癌症研究所奖学金以及美国国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）资助。

参考文献：《一种机器学习优化的系统，用于在乳腺癌模型中使用近红外响应 MoS2 微粒进行脉动、光和化学治疗》，作者：Maria Kanelli、Neelkanth M. Bardhan、Morteza Sarmadi、Behnaz Eshaghi、Shahad K. Alsaiari、William T. Rothwell、Apurva Pardeshi、Dhruv Varshney、Dominique C. De Fiesta、Howard Mak、Virginia Spanoudaki、Nicole Henning、Ashutosh Kumar、Jooli Han、Angela M. Belcher、Robert Langer 和 Ana Jaklenec，2024 年 10 月 27 日，ACS Nano。DOI：10.1021/acsnano.4c07843

作者： Anne Trafton，麻省理工学院

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