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用于肿瘤PDT的可植入微型无线射频光源

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光的无线传播使得PDT能对深部的肿瘤进行治疗

来自新加坡国立大学的研究人员开发出一种新技术,可以将特定波长的光线无线传输到身体的深部,以激活光敏剂。这使光动力疗法(PDT)能治疗更多肿瘤,例如脑癌和肝癌。该研究于2018年1月29日发表在科学期刊“美国国家科学院院刊”(PNAS)上。

用于肿瘤PDT的可植入微型无线射频光源
Δ 图1:由左至右:何约翰助理教授及张勇教授。资料来源:新加坡国立大学

PDT是一种强大的光诱导的肿瘤疗法,但光在生物组织中的低穿透性局限了其在临床上的应用。通常,PDT用于治疗浅表肿瘤,或者腔内肿瘤。传统的光源,如发光二极管(LED)或激光器,在组织中的穿透深度小于1cm。而这种光无线传输的方式使得光能进入身体深部,并能够被精准控制,从而使得PDT能对深部的肿瘤进行治疗。

主要研究者何教授表示,“我们的光输送方法使得PDT能治疗以前不能进入的深部肿瘤。这种微型植入式设备采用无线方式供电,通过可编程和可重复的方式,可长时间提供光量。”何教授也是新加坡国立大学全球健康研究与技术生物医学研究所(BIGHEART)的首席研究员。

具体的研究

新加坡国立大学团队在目标位置插入一个重30mg,体积为15mm3微型无线设备。这种设备很容易植入,并且使用无线供电系统进行光传输。一旦植入目标位置,专用射频系统通过无线的方式为设备供电并监控光照剂量率。

用于肿瘤PDT的可植入微型无线射频光源
Δ图2:无线光子PDT。(A)治疗方案。该疗法包括在目标区域附近植入无线LED、注射光敏剂和植入设备的无线电源。设备发出的光激活光敏剂,诱发肿瘤损伤。(B)发出光的无线光子装置图像。(插图)这个装置照亮了一个切除的肿瘤。(比例尺,2mm)(C)装置及个别电子元件的原理图。(D)器件的两个led发出的光谱。发射波长集中在400 nm(紫色)和660 nm(红色),与Ce6光谱中的吸收峰重叠。(E)设备发出的光(辐射功率1.3 mW)通过体积不断增大的肿瘤穿透的图像面板。(标尺,5mm)

该研究小组证明了这种方法的有效性。无线设备释放多种可控剂量的光通过厚组织(超过3cm,直接光照无法到达的厚度)并激活光敏剂,来抑制肿瘤生长。

用于肿瘤PDT的可植入微型无线射频光源
Δ图3:肿瘤细胞的深层组织PDT。三维CT重建成年猪无线光传输模型,显示:(A)腹部区域,(B)射频发射器,(C)横截面。该装置离地面的深度为5.1 cm。(标尺,2厘米)

该技术的应用可以扩展到许多其他基于光的疗法

“这种新方法能够持续治疗以防止癌症复发,无需另外的手术。该技术的应用还可以扩展到许多其他基于光的疗法,例如光热疗法,其面临渗透深度有限的问题。我们希望将这些能力从实验室带到临床上,为攻破肿瘤提供新的可能。”张教授说。

该团队目前正致力于开发用于靶向递送光敏剂的纳米系统。他们还提出了用于在目标部位植入无线设备的微创技术,并研究将传感器集成到设备中以实时监控。

参考新闻:
http:// https://www.technologynetworks.com/drug-discovery/news/wireless-light-switch-for-targeted-cancer-therapy-297005
参考文献:
Bansal, A., Yang, F., Xi, T., Zhang, Y., & Ho, J. S. (2018). In vivo wireless photonic photodynamic therapy. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201717552. doi:10.1073/pnas.1717552115
链接:https://doi.org/10.1073/pnas.1717552115


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