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本文专家:胡克  南京医科大学生物医学工程与信息学院博士  


3月12日,南京医科大学科研团队在老牌科研杂志社Wiley旗下专门报道前沿医疗技术和材料的期刊《Advanced Therapeutics》(中文译名“先进医疗”) 2020年第3期,以封面论文形式,刊发了一篇名为“基于石墨烯柔性器件的非侵入式特殊远红外肿瘤治疗新方法”(A Graphene-Based Flexible Device as a Specific Far-Infrared Emitter for Noninvasive Tumor Therapy)的论文,引发关注。


《Advanced Therapeutics》封面


论文主要作者南京医科大学生物医学工程与信息学院的胡克博士、基础医学院的俞婷婷博士与烯旺新材料科技有限公司开展合作,在其无创肿瘤治疗的应用研究中,将其研发的石墨烯器件发射的远红外,与碳纤维器件发射的远红外进行了对比实验发现:石墨烯器件辐射的远红外具有更强的诱导肿瘤细胞凋亡的能力,可显著抑制乳腺癌中转移性强、预后较差、死亡风险较高的三阴性乳腺癌细胞在裸鼠体内的恶性增殖及转移。


石墨烯器件组裸鼠身上的移植瘤平均尺寸最小,同时没有表现出明显的体重下降


基于该器件的多种设备已经获得二类医疗器械批文,后续将继续在机制和临床前沿应用等方面开展深入研究。


目前肿瘤治疗方式存在局限性


虽然我国癌症诊疗技术水平有了很大的发展,但治疗主要靠外科手术、化学治疗(化疗)、放射治疗(放疗)。这些手段在治疗癌症的同时,不可避免的存在一些副作用。


肿瘤放疗、化疗的目的是杀死癌细胞,而尽量减少对正常细胞产生不可逆性的损害。但目前尚未发现有选择性作用的放疗药物。所以,化疗药物的细胞毒作用和放疗产生的生物效应和破坏作用 ,不仅仅作用于肿瘤细胞,也损害正常细胞,导致全身和局部的毒副反应。[1]


放射治疗中最常见的全身症状有乏力、头晕、胃纳减退、恶心等;在头颈部癌的放疗中, 几乎都有不同程度的口腔或咽喉部粘膜反应,咽喉部声带水;食管癌放疗后常有吞咽困难, 局部疼痛,烧灼感,影响进食。[2]


而外科手术切除肿瘤后,术后的伤口愈合过程中存在的炎症反应,可能会引起肿瘤转移的发生。[3]


因此,随着手术、放化疗等治疗瓶颈的出现,热疗作为一种历史悠久的疾病治疗方法,为肿瘤治疗提供了新方向。


热疗,引人关注的肿瘤“绿色疗法”


热疗(hyperthermia)一词源于希腊文,意思是高热或过热,是一门古老的医学。宽泛来说,我国的药物熏蒸、药浴、热水浴、温泉浴、艾灸、火罐等治疗疾病的方法,都属于热疗。[4]


肿瘤热疗,就是用加热方式治疗肿瘤的一种方法,即利用有关物理能量在肿瘤组织中沉淀而产生热效应,使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度,并维持一段时间以杀死癌细胞,又不损伤正常细胞的一种治疗方法,被国际医药界称之为“绿色疗法”。热疗在治疗肿瘤中,具有四大特点。 [5]


01

不损伤正常细胞


热疗能够直接作用于肿瘤细胞,引起肿瘤细胞膜的通透性、流动性增强,促进化疗药物对肿瘤细胞发挥作用。温热效应还能诱导肿瘤细胞产生结构性变化,增强化疗作用及肿瘤细胞对于化疗药物的敏感性。


02

诱导癌细胞凋亡


温热效应能诱导细胞产生程序化凋亡,使半数左右肿瘤细胞被消灭,从而达到治疗的目的。研究发现,在经过热疗后,肿瘤细胞内促进细胞凋亡的相关基因表达增强,而抑制凋亡的基因表达减弱甚至不表达,最终通过线粒体或死亡受体途径诱导肿瘤细胞发生凋亡。


03

抑制肿瘤细胞的侵袭与转移


目前对早、中期癌症的治疗主要采用局部切除、术后预防复发的方法,然而术后腹腔扩散,局部淋巴转移复发区域复发和血行播散到肝脏等复发转移降低了患者的生存率及生存质量。


腹膜腔种植转移是多数恶性肿瘤晚期常见的问题,腹腔内温热灌注化疗能够清除部分游离细胞及病灶,降低游离癌细胞及癌转移灶对机体的损伤,同时具有局部药物浓度高、毒性低,能有效缓解化疗痛苦等优势。


04

增强机体免疫功能


热疗能增强免疫细胞活性,促进细胞因子合成高表达,增强机体的免疫功能,从而达到抗肿瘤的目的。


肿瘤热疗“困境与机遇”并存


但由于热疗对热源及仪器要求很高,目前治疗手段在热量的吸收性、可控性、安全性等方面还存在很多局限,如何保持温度,并把温度控制在一个合适的范围内很关键。太低的话肿瘤细胞不会被热死,温度太高,又会把正常细胞损伤,如何精准控温,科学定量,保障人体对热源的有效等制约着热疗的发展。


正如我们听收音机一样,比如一个电台频率是FM97.1,把收音机也调到 FM97.1 时就能很清楚地听到广播声音。调到FM97.0 或者 FM97.2 时,就会出现杂音,如果频率差距再大一些,可能就听不到这个电台的声音了,这就是物理学上“同频共振”原理,频率一致才能高效地传输能量。


南京医科大学生物医学工程与信息学院博士  胡克


胡博士介绍,热疗发出的热能只有很好的被人体吸收,才能更好的发挥作用。如果不能被人体吸收,就像电热毯持续加温,热量积累会致使皮肤受损。


石墨烯作为一种纳米材料,本身是单层的膜,非常薄,只有头发丝的二十万分之一,烯旺科技的研发团队用上下两层薄膜把石墨烯夹在中间,这样既方便使用还能保证它不被氧化。


实验证明,这个发热膜产生的特殊远红外光谱特性跟人体的波普吸收特性十分接近,所以石墨烯通电后产生的特殊远红外让热量更好的传输入人体,避免了多余能量积聚带来的副作用。


石墨烯


中国医师协会外科学分会甲状腺专业委员会委员、江苏省人民医院普外科甲状腺外科主任沈美萍教授也曾表示,虽然目前热疗的具体机制、临床上的具体量化等仍不明确,距离临床大规模推广尚有一段路要走,但光热治疗是继手术、放疗、化疗和免疫疗法之后又一重要的治疗肿瘤方法,体外和动物体内试验显示石墨烯器件作为特殊红外发射源,其远红外波具有更强诱导肿瘤细胞凋亡能力,值得进一步研究探索。



参考资料

[1] 肿瘤放疗、化疗后毒副反应的辨证论治,赵永强,第九届全国中西医结肿瘤学术研讨会论文集

[2] 肿瘤放疗化疗中不同反应的对策,洪小南,上海医药,1994,11

[3]  a) N. Hijnen, E. Kneepkens, M. de Smet, S. Langereis, E. Heijman,H. Grull, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2017, 114, E4802; b) Y. Lu,Q. Nan, J. Du, L. Li, A. Qiao, Y. Liu, Int. J. Hyperthermia 2010, 26,316.

[4] 热疗的发展历程与展望,唐劲天,科技导报,2014,32(30)

[5] 肿瘤治疗新方法—热疗,张阳德,中国现代医学杂志,2003,5,13(10)

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