超聲波可以選擇性地殺死癌細胞

一項新技術可以提供一種有針對性的抗癌方法:低強度超聲波已被證明可以選擇性地殺死癌細胞,同時不傷害正常細胞。超聲波,以前曾被用作治療癌癥,但是以一種粗糙的方式:高強度的超聲波可以加熱組織,殺死靶區的癌細胞和正常細胞。現在,科學傢和工程師們正在探索使用低強度超聲波,努力創造一種更具選擇性的治療方法。

一項描述這種新方法有效性的研究發表在1月7日的《應用物理快報》上。這項工作的研究人員警告說,這項研究還處於初級階段,他們還沒有在活體動物身上進行過試驗,更不用說人類瞭,但到目前為止的結果是有希望的。

這項研究始於五年前,當時加州理工學院的邁克爾·奧爾蒂斯、弗蘭克和奧拉·李·馬佈爾在思考癌細胞和健康細胞之間的物理差異,比如細胞壁厚度和細胞器的大小,是否會影響它們受到聲波轟擊時的振動方式,以及振動如何使癌細胞死亡。

因此,奧爾蒂斯建立瞭一個數學模型,來觀察細胞對不同頻率和聲波脈沖的反應。2016年,奧爾蒂斯在《固體力學與物理學雜志》上發表瞭一篇論文,表明癌細胞和健康細胞的共振增長率之間存在差距。這一差距意味著,理論上,一個精心調節的聲波可以使癌細胞的細胞膜振動到破裂的程度,同時使健康細胞毫發無傷。

奧爾蒂斯隨後邀請航空學和生物啟發工程學教授莫裡·加裡佈參加他的研究小組的一次會議。 加裡佈是一位多產的發明傢,他引領瞭從實驗室到市場的大量研究發展。由於對這個項目很感興趣,加裡佈把這個想法告訴瞭他的一個學生,大衛·米特爾斯坦。米特爾斯坦召集瞭一個團隊來解決這個問題,他們招募瞭加州理工學院的化學工程教授、超聲波專傢米哈伊爾·夏皮羅。夏皮羅設計瞭一個系統,可以通過超聲波顯示體內的基因表達,並設計瞭能夠反射聲波的細菌,這樣就可以通過超聲波跟蹤它們在體內的活動。與此同時,加州理工學院的愛德華多·雷佩托向杜阿爾特癌癥研究中心霍普城免疫腫瘤學系主任彼得·李介紹瞭奧爾蒂斯。作為一名內科醫生,李熱衷於為病人提供新的治療方法。李表示:“當我聽說這一方法的時候,我覺得很有趣。如果這種方法起作用,可能是一種革命性的治療癌癥的方法。”

在Shapiro實驗室,米特爾斯坦開始對一種常見的肝癌細胞進行不同頻率和脈沖的超聲波治療,並測量結果。在別人的資助下,米特爾斯坦在霍普城建造瞭一個試驗儀器,以模仿加州理工學院的設備,使在那裡的同事能夠測試樣品,而不必在杜阿爾特和帕薩迪納之間來回運輸。隨著時間的推移,李和他的團隊擴大瞭正在測試的癌細胞的范圍,從人類和老鼠身上提取樣本,包括結腸癌和乳腺癌。他們還測試瞭各種健康的人類細胞,以檢驗治療將如何影響這些細胞。李表示,希望超聲波能夠以一種特殊的方式殺死癌細胞,同時激活免疫系統,使其攻擊治療後殘留的癌細胞。李解釋道:“癌細胞是非常多樣的,所以幾乎不可能找到一種超聲波設置可以殺死每一個癌細胞。如果超聲波能夠以免疫系統認為是損傷的方式導致細胞死亡,而不是細胞凋亡,這可能會導致腫瘤部位充滿白細胞,從而攻擊剩餘的癌細胞。”

到目前為止,所有的測試都是在培養皿中進行的,但是加州理工學院的霍普城團隊計劃將測試范圍擴大到實體腫瘤,並最終擴大到活體動物。米特爾斯坦希望在完成論文答辯後繼續參與這個項目,但最重要的是,他渴望看到這項研究繼續下去,並有朝一日能有效地治療癌癥。他表示:“這是一個令人興奮的概念驗證,這種新型的治療方法不需要癌細胞具有獨特的分子標記,也不需要與健康細胞分開定位。相反,我們隻需要根據癌細胞獨特的物理特性來定位它們。”

Published in 科普 by Awesome.

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