像贴纸一样!粘贴无线供电式发光器件治疗癌症

生命科学 2018年07月20日
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日本早稻田大学与防卫医科大学校的研发小组共同开发了体内植入型发光器件,可以像贴纸一样贴在活体组织表面使用。研究小组将器件移植到患癌小鼠的体内,用于光学癌症治疗,成功消除了肿瘤。

粘贴无线供电式发光器件治疗癌症

图1:本项研究开发的无线供电式发光器件,可以像贴纸一样贴在活体组织表面

<研究背景与经过>

光动力学疗法(Polydopamine therapy: PDT)利用向聚集了光敏剂的病灶照射光产生的活性氧杀死癌细胞。日本于1990年代将这种疗法纳入医保对象,作为针对性治疗病变部位的癌症治疗法得到认可。2000年开始提倡“节律性PDT(metronomic PDT,mPDT)”疗法,这种治疗法采用输出功率非常弱的光源(约为原来的1/1000),能治疗利用以往的PDT法难以治疗的体内深处脏器的癌症(如肝癌、胰腺癌),作为新的医疗技术备受期待。不过,在光强度非常弱的mPDT治疗中,只要光源的位置稍微偏移,就无法充分向肿瘤部位照射光线,从而无法获得抗肿瘤效果。因此,医疗界一直希望开发一种能稳定固定在体内脏器和组织上,长时间稳定地向肿瘤照射光的体内植入型发光器件。

<研究内容>

在本次研究中,研发小组针对mPDT疗法,开发了只需像贴纸一样贴在体内脏器和组织表面就能固定的体内植入型发光器件。研究发现,通过在膜厚约600纳米的硅胶纳米薄膜表面涂布仿生粘附分子聚多巴胺(Polydopamine:PDA),对活体组织的粘附性提高约25倍(图2),未进行缝合就将可小型电子器件稳定固定在体内的活体组织2周以上。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(图1)。

粘贴无线供电式发光器件治疗癌症

图2:通过减薄硅胶薄膜的厚度和涂布PDA实现的对活体组织的粘附力增强效果

本次研究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进行固定(图3),然后向小鼠静脉注射光敏剂光卟啉后,从设置于小鼠饲养箱下方的无线供电用天线(图4)向LED传输电力,并连续10天向植入的器件照射光线。结果显示,通过光照射治疗过的肿瘤明显缩小(图5),通过使用绿色光还彻底消除了肿瘤。

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图3:利用涂布了仿生粘附分子聚多巴胺的纳米薄膜固定光源

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图4:本研究使用的mPDT用无线供电系统

本项研究中值得一提的是,由于可以将光源设置在肿瘤旁边,利用强度为传统PDT用激光1000分之1的LED就能明显缩小肿瘤,另外,以前基于组织渗透性的观点,PDT只使用被称为“生体之窗”的近红外光,通过将其改良为植入型器件,全球率先实现了使用绿色光也具备较高治疗效率的PDT。

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图5:采用植入型发光器件的mPDT的肿瘤缩小效果

论文信息:
题目 “Tissue-adhesive wirelessly powered optoelectronic device for metronomic photodynamic cancer therapy”
作者 Kento Yamagishi, Izumi Kirino, Isao Takahashi, Hizuru Amano, Shinji Takeoka, Yuji Morimoto, Toshinori Fujie
DOI 10.1038/s41551-018-0261-7

文 客观日本编辑部

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