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新突破!粘合组织的无线供电式发光器件用于节律性PDT治疗肿瘤

基础研究 pdtmed 2590次浏览 已收录 0个评论
2018年7月,日本早稻田大学与防卫医科大学校的研发小组在国际顶尖的杂志《自然》上发表他们具有突破性的研究——可以无缝贴合在组织或脏器表面,用于节律性PDT的体内植入型发光器件。他们将该器件植入到患癌小鼠的体内,用于节律性PDT治疗,成功消除了肿瘤。

新突破!粘合组织的无线供电式发光器件用于节律性PDT治疗肿瘤

 

研究背景与经过

节律性PDT(metronomic PDT,mPDT)疗法是指采用输出功率非常弱的光源(约为原来的1/1000)长期、有节律的照射,来治疗传统的PDT难以治疗的体内深处脏器的癌症(如肝癌、胰腺癌)。

该方法借助于植入身体的任何地方,包括身体深处的器官的小型发光器件来进行。因为其输出功率非常弱,节律性PDT治疗期间组织中温度升高速率极低,这使得组织热损伤的风险可以忽略不计。

然而,光学器件的体内稳定性一直是完全植入式mPDT器件实际应用的主要挑战。为了对目标病变进行连续的局部光照射,这些装置必须稳定地固定在体内。然而,手术缝合不能用于脆弱的器官(如大脑、肝脏、肾脏和胰腺),或像皮肤,食管,肠道和膀胱一样蠕动或改变形状的器官。

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研究内容

在本项研究中,研发小组针对mPDT疗法,开发了不需要手术缝合,也不需要缝合剂缝合,就能无缝贴合在体内脏器和组织表面的体内植入型发光器件。这种内置式的发光装置,它由两张聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米膜和一个NFC技术控制的LED发光芯片组成(近距离无线通信发光式LED),形成一个三明治夹芯结构,其中一张膜用聚多巴胺(PDA)修饰后(对活体组织的粘附性提高约25倍),可以附着在组织表面。通过NFC技术,就能在体外控制LED芯片的发光。

 

新突破!粘合组织的无线供电式发光器件用于节律性PDT治疗肿瘤

用这种伸缩性和粘附性优异的纳米薄膜,同时将近距离无线通信(Near Field Communication: NFC)发光式LED红绿芯片固定在体内的组织和脏器表面,解决了mPDT存在的光源“偏移”问题,构筑了完全植入型mPDT系统。

在本项研究中,首先在向后背皮内移植了肿瘤细胞的患癌小鼠皮下张贴无线发光器件并进行固定,然后向小鼠尾部静脉注射Photofrin后,从设置于小鼠饲养箱下方的无线供电天线向LED传输电力,并连续10天使用植入的器件发射光线。结果显示,通过光照射治疗过的肿瘤明显缩小,使用绿色光还彻底消除了肿瘤。

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当皮下植入到具有皮内移植肿瘤的小鼠中时,该装置通过以比常规PDT方法低约1,000倍的强度照射10天,抗肿瘤效果显著。mPDT装置有助于实现对难以检测的微小肿瘤,以及标准PDT难以达到的深部肿瘤的治疗。

新突破!粘合组织的无线供电式发光器件用于节律性PDT治疗肿瘤

来源:Nature Biomedical Engineering
作者:Kento Yamagishi, Izumi Kirino, Isao Takahashi, Hizuru Amano, Shinji Takeoka, Yuji Morimoto, Toshinori Fujie
链接:https://www.nature.com/articles/s41551-018-0261-7


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