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新型超声波技术:如何选择性的杀死癌细胞?

一项新技术可以提供一种有针对性的癌症治疗方法:低强度超声波(以下简称「超声波」)已被证明可以在不伤害正常细胞的同时,选择性地杀死癌细胞。超声波,以前曾被用作一种「简单粗暴」的癌症治疗方式:以高强度的超声波加热组织,杀死靶区的癌细胞和正常细胞。但是现在,我们科学家正

一项新技术可以提供一种有针对性的癌症治疗方法:低强度超声波(以下简称「超声波」)已被证明可以在不伤害正常细胞的同时,选择性地杀死癌细胞。

超声波,以前曾被用作一种「简单粗暴」的癌症治疗方式:以高强度的超声波加热组织,杀死靶区的癌细胞和正常细胞。但是现在,我们科学家正在探索使用新型超声波,努力创造一种更具选择性的治疗方法。

希望之城免疫肿瘤部(Department of Immuno-Oncology)主席兼癌症免疫治疗计划(Cancer Immunotherapeutics Program)联合领导人 Peter P. Lee(李本鏗)博士在与加利福尼亚理工学院(Caltech)的一项合作中,和他的实验室成员正在开发一种利用新型超声波治疗癌症的新技术,在不损害健康细胞的情况下杀死癌细胞。

「由于癌细胞具有与正常健康细胞不同的生物物理特性(如大小、形状、硬度等),于是我们提出了这一概念。如果能利用正确的波段来破坏癌细胞,诱发谐波共振,就可以选择性地杀死这些细胞。和声共振背后的原理就像歌剧演唱家可以用她的声音来击碎玻璃杯一样。」癌症免疫治疗学(Cancer Immunotherapeutics)Billy and Audrey L. Wilder 教授 Lee 博士表示。

新型超声波技术:如何选择性的杀死癌细胞?
Peter P. Lee M.D.

「我们现在正在做的就是找到特定癌细胞的谐波共振来『粉碎』它们,这样它们就会被摧毁。由于这是一种基于生物物理特性靶向癌症的全新方法,癌细胞无法发生变异从而对这种被称为『oncotripsy』的疗法(肿瘤碎裂法)产生耐药性。」Lee 博士继续告诉我们:「声波可以以无害的方式穿过健康组织进行传送。我们可以将声波传送到大脑,只选择性地与癌细胞共振。这是一种非常有针对性的疗法。」

Lee 博士曾与加州理工学院的 Michael Ortiz 博士一起合作。为了推进研究,Lee 博士的实验室不仅贡献了许多癌细胞株,也贡献了许多正常细胞。

为了进一步研究,Lee 博士申请了生物医学研究经费,从而获得了博士后研究员 Jian Ye 博士以及来自巴黎居里学院的耳鼻喉外科医生访问学者 Caroline Hoffman 博士的支持。「当 Caroline 博士得知我们的研究工作后,主动和我进行了联系,她非常乐意帮助我们推进这个项目。到 2019 年底她加入我们已经有一年的时间了。」

新型超声波技术:如何选择性的杀死癌细胞?

为了模拟加州理工学院的仪器,希望之城在杜阿尔特院区也建造了一个试点仪器,这让 Lee 博士,Ye 博士和 Hoffman 博士可以直接在实验室里测试样本,而不需要在杜阿尔特和帕萨迪纳之间来回运送样本。

Lee 博士告诉我们,这种方法的一个重要要素是它如何杀死癌细胞。「细胞会以不同的方式死亡,最常见的是一种叫做『细胞凋亡』(或『程序性细胞死亡』),也就是所谓的细胞『自杀』的过程。我们体内的大多数细胞都是这样死亡的,这是一种有序的细胞死亡。对待这种细胞死亡,免疫系统会置之不理,保持免疫沉默。另一方面,如果细胞因创伤或病毒(如 COVID-19 冠状病毒)而死亡就会触发免疫系统,这一过程被称为『免疫性细胞死亡』。」

激活免疫系系统,对抗癌症

Lee 博士表示,他的研究假定的是他们正在试验的超声波将以免疫的方式杀死癌细胞。这是件好事,因为它也可以调动免疫系统来对抗癌症。

随着时间的推移,Lee 博士和他的团队扩大了被测试的癌细胞株的种类,从人类和老鼠身上提取的样本到包括结肠癌和乳腺癌。他们还测试了各种健康的人类细胞,包括免疫细胞,以检测这些细胞是否将受到治疗的影响。

如果超声波能以一种特殊的方式杀死癌细胞,同时激活免疫系统,激发它攻击治疗后残留的癌细胞,这真是一件令人期盼的事情。「这一点至关重要,因为这意味着我们可以将肿瘤治疗与免疫治疗结合起来,从而有可能治愈患者——甚至治愈转移性癌症。」

如果超声波能被用于以人体免疫系统识别为损伤而非细胞凋亡的方式导致细胞死亡的话,可能会让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所培养的细胞中完成的,但是 Lee 博士表示他的团队计划将测试扩展到实体肿瘤,最终到活体动物。

超声波+免疫疗法 = 强强联手

「我们的计划是开始增加复杂性——到目前为止所有的测试都是在细胞株和培养细胞上进行的。现在我们想要开始将细胞放入三维空间来创造 3D 细胞和基质,并使用类器官。」他解释说,类器官是在体外制造的微型和简化版器官,以创造真实的微观解剖学环境。Lee 博士表示,团队已经在做一些非人类的测试,希望在未来几年里可以进行人体临床试验。

对此,Lee 博士告诉我们:「我们不需要杀死每一个癌细胞,这是一个成功的创新。如果我们能让免疫系统参与进来,人体内的细胞就能完成剩下的工作。即使我们能通过行肿瘤手术杀死 70% 到 80% 的癌细胞,病人的免疫系统将清除掉残留的肿瘤。我的最终希望是,这种疗法将与基于免疫的疗法结合起来,强强联手一起战胜癌症。」

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