PNAS:利用超聲波轟炸癌細胞

發布時間 :2020/10/21 來源 :中華人民共和國科學技術部

近日,發表在《美國國家科學院院刊(PNAS)》上的一項研究中,以色列特拉維夫大學生物醫學工程系的TaliIlovitsh博士領導的一個國際研究團隊,經過了兩年多的研究,開發出一種將基因導入乳腺癌細胞的無創技術平臺。該技術將超聲與靶向腫瘤的微泡結合在一起。一旦超聲波被激活,微泡就會像智能的目標彈頭一樣爆炸,在癌細胞的細胞膜上形成小孔,從而使基因傳遞成為可能。

Ilovitsh在斯坦福大學Katherine Ferrara教授的實驗室從事博士后研究時開發了這項突破性技術。該技術利用低頻超聲(250 kHz)引爆微觀的腫瘤靶向氣泡。在體內,細胞破壞達到腫瘤細胞的80%。
Ilovitsh解釋說:“微氣泡是充滿氣體的微小氣泡,直徑只有血管的十分之一。在特定的頻率和壓力下,聲波使微氣泡像氣球一樣發揮作用:它們會周期性地膨脹和收縮。這一過程會增加物質從血管到周圍組織的轉移。我們發現,使用比以前更低的頻率,微氣泡可以顯著擴展,直到猛烈爆炸。我們意識到,這一發現可以用作癌癥治療的平臺,并開始將微氣泡直接注入腫瘤。”
Ilovitsh團隊使用了在爆炸發生時附著在腫瘤細胞膜上靶向腫瘤的微泡,并將其直接注射到小鼠模型的腫瘤中。 
Ilovitsh說:“大約80%的腫瘤細胞在爆炸中被摧毀,爆炸本身就是陽性的。這種靶向治療既安全又經濟,能夠摧毀大部分腫瘤。然而,這還不夠。為了防止剩余的癌細胞擴散,我們需要摧毀所有的腫瘤細胞。這就是為什么我們在微泡旁邊注射了免疫治療基因,它就像特洛伊木馬一樣,向免疫系統發出信號來攻擊癌細胞。”
基因本身不能進入癌細胞。然而,這一旨在增強免疫系統的基因是與微泡共同注射的。在最初的爆炸中幸存下來20%的癌細胞中形成了膜孔,從而基因可以進入細胞。這觸發了免疫反應,摧毀了癌細胞。
Ilovitsh解釋說:“大多數癌細胞都被爆炸摧毀了,剩下的細胞通過細胞膜上形成的小孔消耗了免疫治療基因。這種基因使細胞產生一種物質,以觸發免疫系統攻擊癌細胞。事實上,我們的小鼠身體兩側都有腫瘤。盡管我們只在一側進行了治療,但免疫系統也攻擊了另一側。”
Ilovitsh說,在未來,她打算嘗試將這項技術作為一種無創治療方法,用于治療與大腦有關的疾病,如腦瘤和其他如阿爾茲海默癥等神經退行性疾病。血腦屏障不允許藥物穿透,但微氣泡可以暫時打開屏障,從而無需侵入性外科手術即可使治療到達目標區域。


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