一項新實驗研發黃金奈米氣泡 打造黃金為殺死癌細胞的武器

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從史前時期開始,黃金就已為人所知及重視,也是人類最早使用的金屬之一,被用於裝飾於儀式中。閃耀的黃金除了是吸引眾人目光的高貴象徵,而由於質量穩定又具有極高的生物相容性,在醫學上也被廣泛運用於製作醫療用品裡。隨著科技的進步,黃金奈米粒子也能搖身成為對抗癌症的「黃金武器」。

現今的的癌症早期治療時,醫師通常盡最大努力去除每一個患病細胞,因為任何遺留的細胞都可能生長成新的腫瘤或轉移到整個身體。然後,腫瘤學家通常採用放射治療或化學療法進行手術,以增加消除任何殘留腫瘤細胞的機會。但是這種打擊癌症的標準方法是寧可殺錯一百不願放過任何一個的焦土政策。有時腫瘤科醫師還會在手術後以放射線或化療方式毒殺可能殘留的癌細胞以降低癌症復發的機率。不過放射線或化療也傷害正常的細胞而導致疲倦、噁心、嘔吐或掉髮等副作用。

隨著現今科技的進步,醫師和科學家們一直在尋求利用奈米技術,將黃金原子用於檢測和殺死腫瘤手術遺留下的癌細胞。2016 年德州萊斯大學(Rice University)的 Lapotko 教授成功運用此技術偵測到小鼠體內手術後殘存的癌細胞並將之殲滅,更重要的是小鼠的癌症因此不再復發,他們的研究成果已發表於《自然奈米技術》期刊。Lapotko和其他研究人員開創了一種被稱為奈米顆粒的金原子簇,可以作為抗癌細胞的有力武器。希望能降低治療癌症的副作用而且更有效的減少治療後的復發。目前除了老鼠實驗之外,研究人員也預計在未來2年內展開人體試驗。如果技術在人們身上證明是成功的,它可以大大提高癌症患者的機率,特別是在不能手術去除整個腫瘤的情況下

不過黃金奈米粒子並不具區分癌細胞與正常細胞的能力,若想有效殺死癌細胞必須有方法讓更多的黃金粒子進入癌細胞而不要進入正常細胞。為達此目的,科學家在奈米粒子外包覆上能專一辨認癌細胞表面蛋白的抗體,如此可大大提升黃金粒子進入癌細胞的效率,相較於正常細胞的粒子多達 100 倍。經過多年試驗,科學家發現以波長為 782 奈米的近紅外光照射組織內的黃金粒子極短的時間(30 微微秒),能使黃金粒子迅速發熱,如果癌細胞內的黃金粒子累積夠多,則雷射光照射所產生的熱就足夠破壞並使癌細胞死亡。科學家也發現若黃金粒子小於 10 奈米(10nm)癌細胞會很快將它排出細胞外,若大於 100 奈米則很不容易進入細胞。因此 60 奈米大小的黃金粒子效果較好。

結果,當黃金奈米顆粒注入血液中時,它們傾向於滲出血管開口並聚集在腫瘤周圍。但是,一旦在細胞內,奈米顆粒可以作為特洛伊木馬。當研究人員用紅外光打到金原子時,可以穿過厘米的組織,顆粒加熱並殺死癌細胞。不幸的是,奈米粒子加熱策略有兩個問題。首先是一些黃金奈米顆粒總是在正常細胞內和周圍結束,所以當去除癌症後,健康的組織會被損壞。同樣,通常用於加熱顆粒的紅外光的連續光束。這也使熱量遠遠超過癌細胞並進入正常組織。在腫瘤生長在生命組織內和周圍諸如神經或動脈壁的情況下,對健康組織的任何附帶損傷可能是衰弱或危險的。

為了縮小治療的重點,Lapotko及其同事試圖修改奈米粒子的切割方法。他們開始使用已經植入人鱗狀細胞癌的小鼠,人類頭頸部腫瘤中常見的癌細胞。他們用免疫蛋白質抗體裝飾他們的黃金奈米顆粒,其特異性地鎖定在位於鱗狀細胞表面的受體上。集中了這些顆粒,在癌細胞內和周圍產生了數十個簇。而不是射擊連續的激光束,研究人員只發射超短的紅外脈衝。希望這樣可以防止熱量蔓延到周圍的正常組織。但是這種做法還有一個更重要的作用:當金納米顆粒很大時,會導致溫度升高。這種蒸發相鄰的水分子,產生微小的氣泡,迅速膨脹和爆裂,剝離了癌細胞。 Lapotko說,他們的關鍵是「奈米顆粒簇在癌細胞中產生奈米氣泡,而不是正常的組織。」

中研院院士洪明奇博士在《科學》期刊評論,這是非常有趣的研究。該方法與常規手術相當吻合,能夠去除大腫瘤,他說的新技術就像微觀手術一樣對靶細胞進行靶向。 洪明奇強調,許多在動物中起作用的腫瘤學方法永遠不會像人類一樣有效。但是如果這樣做,可以打開一個全新的進路來查找和消除手術後留下的殘留癌細胞。

參考資料

Exploding nanobubbles can kill cancer cells

作者

江 盛之

擅長觀察生技及醫療時事,並關心國際間最新醫療科技動態與發展,運用淺顯易懂的說明方式,讓讀者快速閱讀並理解。

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