东京大学研制的能精确杀灭癌细胞的纳米胶囊是什么?

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4个答案
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不知道为什么很多媒体报道……确实是新进展,但是感觉平时如果写这些内容都没有人要看的= =

首先说有一些报道里面是有误导性的,比如这个:

“吃一粒”属于脑补,就算真是口服,纳米级的“胶囊”你觉得吃一粒能够么……何况原文都说了是静脉给药。

下面就简单解释一下这个研究,原论文在这里:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26033034

纳米“胶囊”(其实不是那种胶囊,应该是胶束)是一个提供一些靶向性的载体,而治疗的实质是中子捕获治疗(Neutron capture therapy)。原理是这样:有一些特定的核素,它们可以“捕获”中子,并且发生核反应,同时在局部释放能量,如果这个反应发生在肿瘤组织局部,就可以帮助杀死肿瘤细胞。

具备这样条件的核素有若干种,这里用的是钆-157,它有两个优点,一个是捕获中子的效率高,可以产生高能的γ射线也更有助于杀死肿瘤细胞,另一个是它的一些配合物在核磁下同时也有显影剂的作用,更方便人们看到它们在人体内的行踪,所以在治疗上是有潜力的。但是,如果只是小分子的钆配合物的话,也有问题:一个是它们被人体清除的速度比较快,另一个是分布缺乏特异性,哪儿都去,要直接拿中子一照射正常组织也完了。所以,需要一个办法让它们能够集中到肿瘤组织那儿去,而这里选的方法就是纳米尺度的载体。

纳米尺度的载体能够选择性地沉积到肿瘤处的主要原理是EPR效应(增强渗透滞留效应)。肿瘤组织中新生血管是比其他血管通透性更大的(你可以理解为血管壁上有更大一点的“网眼”),控制合适尺寸的纳米载体,可以让它正好不怎么能渗透到正常组织,但可以渗透到肿瘤组织。另外肿瘤组织中比较缺乏淋巴回流,所以这些东西也更不容易被清除。

图示的话就是这样:

另外这个载体用到了磷酸钙,肿瘤局部环境的pH值比正常组织要低一点,这个胶束也是有利于在弱酸性环境下释放药物:

Accordingly, 42% of Gd-DTPA was released from the Gd-DTPA/CaP micelles at pH 6.7 because of the partial dissolution of the CaP materials in acidic buffers,31 whereas only 5% was released at pH 7.4 within 72 h (Figure 2c).

然后这个研究里面他们在小鼠身上试验了这种方式,发现效果不错,比单独的小分子配合物要好。

具体能否应用,还看后续研究。这个研究中的技术基础其实也是之前已经出现过的,是一个新进展,不过感觉也没有那么夸张吧……

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150亿年国家执业医师

2015-06-24 11:51

这种技术看上去好像很高大上,其实真算不上什么。

这种技术本身没有什么特别的地方,不意味着有什么重大突破。为什么?

因为这只是纳米机器,而不是纳米机器“人”。这里加纳米机器“人”,这个人字,属于炒作了。在临床上,为什么药物会有效?一种药物为什么能治病?这个大家司空见惯,认为理所当然的问题其实是个医学界和科学界非常重视,对于科学和医学而言也非常重要大的根本性的大问题。对于解释药物会有效,或者药物为什么有效的学说,叫做“受体学说”,受体学说是医学和药学的基础学说,也就是说,一种药物要想有效,必须成为“配体”,然后能和特定受体相结合,从而发挥其药物作用。

举个例子吧,有一种药物叫做阿托品,这是一种老药物了,人类了解或者知道受体就是从阿托品开始的。阿托品其实通过一种叫做胆碱受体的受体起作用的,胆碱受体就是阿托品起作用的机理中的核心环节,阿托品的药物作用就取决于胆碱受体。有胆碱受体的地方就会对阿托品有反应,没有胆碱受体的地方就不会对阿托品有反应。

阿托品就可以看成一种纳米机器,分子式为;2C17H23NO3.H2O4S,临床上使用的一切药物都可以看成是纳米机器,和特定受体结合,然后通过受体作用而发挥药物作用的纳米机器,这里的关键是受体,有什么样的受体就有什么样的作用。

受体最重要的作用之一就是定位作用,也就是说受体在什么地方?那些细胞有这个受体?那些细胞没有这个受体?比如说如果癌细胞有一种受体,而非癌症细胞没有这个受体,那就好了,特别好!我们只要找到一种药物作为配体来对应癌细胞的特定受体,从而让这种药物只对癌细胞有作用,而对非癌细胞就没哟作用,那么这种药物就成了专门作用在癌细胞上的抗癌药物了。

现在的关键是我们找不到一种特定的受体只会在癌细胞上表达,癌细胞只是叛逆的细胞,和正常细胞其实是同源的,当然了,我们找到了一些和癌细胞高度相关的受体,正是因为有这些高度相关的受体存在,才有药物治疗癌症的可能性,要不然按照受体学说,癌症是无法用药物治疗的,只要癌症能用药物治疗,一定是癌细胞上有相关的受体。但这些我们发现的受体往往不但存在于癌细胞上,也存在于其他正常细胞上。

这就是抗肿瘤化疗往往具有严重副作用的原因,因为正常细胞也有相关的受体,所以正常细胞也会受到抗肿瘤药物的影响,我们在杀死癌细胞的时候,就会连带着杀死正常细胞。这是由受体决定的,只要有受体就会受影响。这个叫做“药物的选择作用”,药物的选择作用从根本上,或者说从受体学说上讲,就是受体表达的特异性,受体越特异,药物的作用越精准,受体表达越广泛,药物的作用也就越广泛。这些归根结底都是受体决定的。因为我们找不到严格的只有癌细胞表达的受体,所以我们找不到只作用在癌细胞上,不影响正常细胞,所以没有副作用的的药物。

而纳米机器人这个概念的要点在于“人”,或者说智能化,纳米机器人应该能更准确的区分正常细胞和癌细胞,然后只去杀死癌细胞,不会杀死正常细胞。但这就陷入了“逻辑悖论”,纳米机器人如何才能区分出来什么是癌细胞?什么是正常细胞?靠什么区分?如果不靠受体,靠什么?

其中一个办法就是靠外部导航,也就是我们给纳米机器人一个外在的信号,比如楼主所转文章中说的“磁信号”。但这个不是什么新鲜的想法,人类早就在搞这个东西了,这个办法的坏处在于精度,一个细胞其实是很小很小的,属于微米级别的精度。而如果不通过化学受体,用其他的办法其定位精度要达到微米级别是非常非常困难的。要知道,就是一个人在深度麻醉状态下,也无法避免微米级别的震动,就是尸体,因为温度的热胀冷缩等等客观物理现象,也无法保障在长时间内没有微米级别的震动。

靠非受体的外部定位来解决问题,这个最成熟的是立体定向放疗技术。就是用射线杀死特定细胞。在这个治疗过程中,病人要被固定,然后由设备向特定的人体部位,比如恶变的脑瘤发射放射线,这种放射线剂量很小,比如只有杀死细胞所需剂量的百分之一,然后设备同时从不同角度发出数百射线,这些射线在空间相交,只有相交部位才会有好几百的辐射剂量,其他部位都只有一条射线穿过,所以剂量很小,不会杀死正常的非目标细胞。这就叫做立体定向放疗。但这种放疗技术的缺点在于无法确认癌瘤的界限,特别是无法解决癌细胞的转移。因为癌细胞是可以转移的,而且癌细胞巢(就是肿瘤)往往和正常细胞之间没有严格的界限,过渡区很模糊,所以这种办法很难把所有癌细胞都杀死,而癌细胞只要有很少的漏网之鱼就会造成癌症复发。

这种技术的另一个缺点是癌细胞在被杀死的时候,会释放很多有毒物质,这种被射线杀死的癌细胞在死亡时不是正常的凋亡,而是病理性死亡,常常会引起严重的炎症反应,这个炎症反应就可能把立体定向治疗带来的全部好处给抵消了。当然,这种技术还有很多缺点,所以临床上的使用受到很多限制。

我拉拉杂杂说这么多,其实是想说事情没有大家想的那么简单,要解决药物的特异性治疗,用专业术语来讲叫做“窄普性”,我们还有很长很长的路要走。当然,如果药物本身可以有自己的动力装置,比如有自己的鞭毛,可以自我驱动,这个当然很好,但这也会引发新的问题,不是人们做不到让药物有自己的动力装置,而是定位和规则。也就是说如何避免有主动动力装置的药物不到处乱跑?没有自己动力装置的药物(或者叫做纳米机器)只能通过血液循环或者人体的受体来运动,这个还好说,如果药物自己会动,那么你如何保证它不到处乱跑甚至堵塞血液循环或者代谢循环?人体的受体就是“交通警察”,指挥着无数配体按特定“交通规则”来运行,所以不会造成交通堵塞,但如果有纳米机器可以自己主动运动了,原来的人体交通警察如何管理它们?如何保证它们也遵守人体的交通规则?如何保证它们不会造成人体的交通大堵塞?

另一个方面,关于恶性肿瘤的新生血管是个热门了二十年的好东西了。这二十多年以来,人们在恶性肿瘤新生血管方面的研究可以说下了苦功夫,相关的成果也很多,但到现在为止,还是我上面说过的那个问题没法解决。

恶性肿瘤引发新生血管,如果我们能阻止这种新生血管的出现,就可以把恶性肿瘤给饿死,至少在理论上这样做没问题,但落到临床上来讲可就问题多多了。人体内血管的可塑性是个非常复杂的系统,不但恶性肿瘤有新生血管,而且其他正常组织也会有产生新生血管的需要,新生血管的出现是一种人体必需的 自我修复和调节机制。新生血管确实在恶性肿瘤,至少是许多恶性肿瘤中高度表达,但在正常组织中也会表达。或者按照我上面说的,这个问题还是“谱太宽”,“窄谱性”不足,也就是特异性不足,如果用这个办法来处理肿瘤,仍然是要误伤正常组织的。

还有一个问题我上面说过了,就是恶性肿瘤在非自然凋亡的情况下,会诱发很严重的炎症反应。这个问题在临床上现在还没法解决掉。

其实在临床上,饿死恶性肿瘤的最好办法是用血管导管直接把给恶性肿瘤供血的血管给栓塞了,这个办法更可靠,更精准,但关键是两个问题,一个是如何让栓子不到处乱跑?万一栓子脱落了造成肺栓塞或者脑梗死怎么办?另一个是恶性肿瘤被饿死时释放的炎性有毒物质如何解决?如果这两个问题解决不掉,那么饿死恶性肿瘤的想法还是行不通。

上面那个日本的进展,其实在现在这个世界上很常见,不能说天天有,至少也是月月有,引用一些放射性示踪剂,或者其他生物分子,以增加立体定向放疗或者靶向治疗的精确性,这个研究全世界都在搞,许多许多许多人都在搞,而且也有进展,但关键是定位,真正精确的定位现在还解决不掉,另外是后遗效应,就是我说的恶性肿瘤死亡过程中带来的麻烦怎么办?这个问题到现在还是解决不掉。

我不是说这些研究没用,现在就是许多人都在搞这方面的研究,谁也无法知道到底那条路可以走通,但随着这些研究的进展,人们的相关知识积累的越来越多,比如现在对炎性过程,包括恶性肿瘤引起的炎性过程的认识就和十年前大不相同了,十年前人们对炎症的认识还很肤浅,至少相对于现在而言是很肤浅的,当然,现在的认识相对于十年后的认识可能也是很肤浅的。科技的进步日新月异,但离真正解决问题,战胜癌症还是要更多时间和更多投入的。

还有让人吃内窥镜胶囊,这个技术已经不是什么新鲜技术了,只不过这种胶囊还有很多问题,在临床上使用意义不大,比如说胶囊进入人体后,视野往往很小甚至没有,胶囊在人体内常常被各种组织遮盖着,采集的图像什么也看不清,当然有时候能看清,但这是碰运气了,其实有很多人在搞更高级的胶囊,比如是不是不再用可见光了?因为人体内部是黑暗的,用可见光太麻烦了。我们用超声波如何?现在有很多人在研究超声波胶囊,因为超声波不怕遮盖,就是被人体组织遮盖住了也不要紧,所以有一定优势。

但这里的问题是超声波与可见光一样,都是胶囊里的电池不行,不能产生足够强度的超声波或者可见光,这就是说视野狭窄,什么也看不清的原因之一。如果将来能解决供电问题,比如说能用无线传输的方法给胶囊供电,那么这种胶囊就是获得了巨大飞跃。

如果我们通过一种外接的磁场,来驱动内吞的胶囊产生超声波或者可见光,这个就可以解决胶囊的动力不足问题,胶囊要想成像,必须发出可见光或者是超声波才行,而可见光和超声波都需要能源供给,现在的胶囊不可能携带大容量电池,电池供电太少了。这么说吧,就是现在的锂电池能量密度再大也解决不了这个问题,因为我们没法保证吃下去的胶囊一定是安全的,如果万一胶囊在人体内破裂了,用的电池就成了毒死病人的毒物了。所以很多人都在搞外部电源,最好是胶囊不带电源,这样就不会因为意外把人给毒死了。但这个问题到现在还没法解决,虽然现在的无线充电可以做到一米多远,但一米多远没什么意思,而且这个能量传送效率也太差了。

内吞胶囊使用可见光还有个焦距问题,因为人体内情况复杂,需要不停的调整摄像头的焦距,这个运算量不是小小胶囊能做到的,而且胶囊体积有限,调整焦距也很麻烦。所以人们才开始搞超声波,当然了,超声波也有焦距问题,这是另一个问题了。

总而言之,现在在这个世界上,有许多人在想办法解决问题,但到现在进展是有,可惜还不够大。

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支持者: xddfifth

十几年前,我的高中生物老师满怀信心的对我们说,随着靶细胞技术的推进,治疗癌症指日可待。一转眼,15年过去了。。。

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癌细胞最可怕的一点是到处转移和扩散,就好比星星之火可以燎原,要完全治愈癌症就要斩草除根,有几个条件需要满足 很多条件比如 纳米技术 靶向技术 鉴别技术 类似药代动力学技术。

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