@ 2020.02.13 , 13:00

超声波可以选择性地杀死癌细胞

一项新技术可以提供一种有针对性的抗癌方法:低强度超声波已被证明可以选择性地杀死癌细胞,同时不伤害正常细胞。超声波,以前曾被用作治疗癌症,但是以一种粗糙的方式:高强度的超声波可以加热组织,杀死靶区的癌细胞和正常细胞。现在,科学家和工程师们正在探索使用低强度超声波,努力创造一种更具选择性的治疗方法。

一项描述这种新方法有效性的研究发表在1月7日的《应用物理快报》上。这项工作的研究人员警告说,这项研究还处于初级阶段,他们还没有在活体动物身上进行过试验,更不用说人类了,但到目前为止的结果是有希望的。

这项研究始于五年前,当时加州理工学院的迈克尔·奥尔蒂斯、弗兰克和奥拉·李·马布尔在思考癌细胞和健康细胞之间的物理差异,比如细胞壁厚度和细胞器的大小,是否会影响它们受到声波轰击时的振动方式,以及振动如何使癌细胞死亡。

因此,奥尔蒂斯建立了一个数学模型,来观察细胞对不同频率和声波脉冲的反应。2016年,奥尔蒂斯在《固体力学与物理学杂志》上发表了一篇论文,表明癌细胞和健康细胞的共振增长率之间存在差距。这一差距意味着,理论上,一个精心调节的声波可以使癌细胞的细胞膜振动到破裂的程度,同时使健康细胞毫发无伤。

奥尔蒂斯随后邀请航空学和生物启发工程学教授莫里·加里布参加他的研究小组的一次会议。 加里布是一位多产的发明家,他引领了从实验室到市场的大量研究发展。由于对这个项目很感兴趣,加里布把这个想法告诉了他的一个学生,大卫·米特尔斯坦。米特尔斯坦召集了一个团队来解决这个问题,他们招募了加州理工学院的化学工程教授、超声波专家米哈伊尔·夏皮罗。夏皮罗设计了一个系统,可以通过超声波显示体内的基因表达,并设计了能够反射声波的细菌,这样就可以通过超声波跟踪它们在体内的活动。与此同时,加州理工学院的爱德华多·雷佩托向杜阿尔特癌症研究中心霍普城免疫肿瘤学系主任彼得·李介绍了奥尔蒂斯。作为一名内科医生,李热衷于为病人提供新的治疗方法。李表示:“当我听说这一方法的时候,我觉得很有趣。如果这种方法起作用,可能是一种革命性的治疗癌症的方法。”

在Shapiro实验室,米特尔斯坦开始对一种常见的肝癌细胞进行不同频率和脉冲的超声波治疗,并测量结果。在别人的资助下,米特尔斯坦在霍普城建造了一个试验仪器,以模仿加州理工学院的设备,使在那里的同事能够测试样品,而不必在杜阿尔特和帕萨迪纳之间来回运输。随着时间的推移,李和他的团队扩大了正在测试的癌细胞的范围,从人类和老鼠身上提取样本,包括结肠癌和乳腺癌。他们还测试了各种健康的人类细胞,以检验治疗将如何影响这些细胞。李表示,希望超声波能够以一种特殊的方式杀死癌细胞,同时激活免疫系统,使其攻击治疗后残留的癌细胞。李解释道:“癌细胞是非常多样的,所以几乎不可能找到一种超声波设置可以杀死每一个癌细胞。如果超声波能够以免疫系统认为是损伤的方式导致细胞死亡,而不是细胞凋亡,这可能会导致肿瘤部位充满白细胞,从而攻击剩余的癌细胞。”

到目前为止,所有的测试都是在培养皿中进行的,但是加州理工学院的霍普城团队计划将测试范围扩大到实体肿瘤,并最终扩大到活体动物。米特尔斯坦希望在完成论文答辩后继续参与这个项目,但最重要的是,他渴望看到这项研究继续下去,并有朝一日能有效地治疗癌症。他表示:“这是一个令人兴奋的概念验证,这种新型的治疗方法不需要癌细胞具有独特的分子标记,也不需要与健康细胞分开定位。相反,我们只需要根据癌细胞独特的物理特性来定位它们。”

本文译自 phys,由译者 Lough 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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