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微藻注射进体内!这项很“绿”的研究 居然可以将癌症赶尽杀绝

近日,浙大二院/转化医学研究院周民团队与孙毅团队合作,在工程化活性微藻的体内癌症治疗应用上取得新进展,在science旗下综合性期刊《science advances》在线发表题为“engineered algae: a novel oxygen-generating system for effective treatment of hypoxic cancer”(《工程藻类:一种新的产氧系统,有效治疗低氧癌症》)的研究论文。该文被期刊编辑部选为rotate highlight图片重点推广。

目前癌症治疗方式主要有手术治疗、化学治疗(化疗)、放射治疗(放疗)。放射治疗在临床的应用越来越广泛,成为目前肿瘤综合治疗的重要手段,参与了约70%肿瘤的临床治疗,比如肺癌、鼻咽癌、肠癌等。

绝大多数的癌症,其肿瘤细胞向外“扩张”过程中,中心区域的细胞会出现缺氧,呈现一种“冬眠”状态。因为肿瘤细胞生长在我们的身体上,即使缺氧,也不会死去。

此时,放射治疗对肿瘤发起“猛攻”,肿瘤外围的一大圈细胞都能被“杀死”,但对中间缺氧“冬眠”的细胞却没什么杀伤力。“冬眠”细胞因为外围细胞的凋亡,反而重获氧气,开始复苏并生长,而且比之前的细胞更顽强。

面对这样“油盐不进”的“冬眠”肿瘤细胞,医生们绞尽脑汁……

浙大二院/转化医学研究院的周民也一直关注低氧癌症的治疗。有一次,他和浙江大学农学院的专家学者一起聊天,他们聊起正在养殖的微藻,提取里面的物质做成营养品、保健品、护肤品等。当他们聊到微藻超强的光合作用时,周民的眼睛突然亮了!对呀,这微藻,不就是“超级制氧机”嘛!

周民团队和孙毅团队随即在乳腺癌和肝癌上进行实验,把经过工程化改造的活性微藻,输送到低氧肿瘤区域。结果和预料的一样:微藻介导的光合作用在低氧肿瘤原位产生氧气,显著改善了肿瘤的低氧环境,放射治疗功效明显提升。同时微藻释放的叶绿素在激光(光动力治疗方法)激发下产生活性氧,进一步赋予光敏作用,增强肿瘤细胞的凋亡。

光照下,微藻快速产氧来改善癌细胞的乏氧状态;在x射线照射下高效破坏癌细胞的dna,实现放射治疗增敏效果;随后释放出来的叶绿素可以实现联级光动力治疗。

微藻到底怎么“种”到肿瘤低氧区呢?专家们的方法是:为这看不见的微藻穿上了红细胞的膜。

每个人身上都有红细胞,它可以在体内自由穿行。但微藻不行,它是“外来物种”,神圣人体不可侵犯。

那怎么办?周民等想了个好主意,他们把红细胞的衣服(就是它的膜)脱下来,给微藻当马甲。于是伪装成红细胞的微藻,制备成微藻液,通过注射浩浩荡荡地进入小白鼠的体内,有部分就进入了肿瘤低氧区。

肿瘤中的工程化微藻(绿色)

肿瘤在体内,光在身外,那微藻怎么照到光呢?

周民介绍说,对于乳腺肿瘤,局部体外照光,即可满足微藻对光的需求。对于其他肿瘤,比如肠癌,可以通过纤维镜,将光送至肿瘤区域。

这些微藻会不会在身体里繁殖?“工程化的微藻没有繁殖能力,不会生长,也没有毒性,它们会在体内自行降解,并被排出体外!”周民说。

工程化活性微藻可应用于大部分放射治疗后效果不佳的肿瘤,比如胃癌、肠癌等。目前这项研究已完成小动物实验,准备进入大动物实验阶段。周民介绍,如果顺利的话,有需求的患者有望4至5年后享受到这项科研成果。

据了解,浙大二院/转化医学研究院周民团队博士生/浙大二院眼科中心助理研究员乔越、浙大二院/转化医学研究院孙毅团队博士生杨非、周民团队硕士生谢婷婷为论文共同第一作者。浙大二院/转化医学研究院周民研究员和浙大二院/转化医学研究院孙毅教授为论文的共同通讯作者。浙江大学转化医学研究院吕志民教授为论文的共同作者之一。

研究工作得到了浙江大学眼科中心、恶性肿瘤预警与干预教育部重点实验室、现代光学仪器国家重点实验室的大力支持,该研究也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、浙江省重点研发计划专项等项目资助。

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