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理大研发用于肿瘤治疗及成像的新型仿生纳米材料

理大应用生物及化学科技学系的科研团队合照:(左起)卢伟森博士、黄永德教授、谷艳娟博士及博士生方雪杨。

卢伟森博士(右)及谷艳娟博士介绍了用于肿瘤治疗及图像的新型仿生纳米材料。

理大研究的仿生纳米片药液作静脉注射(右)以及铁锈铅(左)


香港理工大学(理大)应用生物及化学科技学系科研团队研发出一种具有多模态成像功能的新型仿生纳米片,可实时追踪肿瘤的发展和治疗过程,透过新兴的免疫疗法及光热治疗,对肿瘤实施有效而精准的治疗,显著改善肿瘤的治疗效果,降低副作用及提高病人存活率。有关研究成果已刊于国际重要期刊《Advanced Science》。

理大的生物及化学专家在药物研发方面一直不遗余力,尤其在抗癌药研发方面取得不少突破,今次理大研发的仿生纳米材料亦是针对癌症治疗。我们采用这种新物料,首次结合免疫疗法及光热治疗两种崭新的治疗方法,同时兼具三种成像模式,为研发具靶向性、高疗效及安全的新一代诊疗一体化纳米材料提供了实用的设计蓝本。

黄永德教授

理大应用生物及化学科技学系化学科技讲座教授 (亦为理大常务及学务副校长)

理大应用生物及化学科技学系化学科技讲座教授 (亦为理大常务及学务副校长)黄永德教授领导团队于2018年开始进行有关研究。黄永德教授表示:「理大的生物及化学专家在药物研发方面一直不遗余力,尤其在抗癌药研发方面取得不少突破,今次理大研发的仿生纳米材料亦是针对癌症治疗。我们采用这种新物料,首次结合免疫疗法及光热治疗两种崭新的治疗方法,同时兼具三种成像模式,为研发具靶向性、高疗效及安全的新一代诊疗一体化纳米材料提供了实用的设计蓝本。」

两种协同治疗 ─免疫疗法及光热治疗

癌症治疗日新月异,现时治疗恶性肿瘤的主要方法不外乎手术切除、化疗及放射性治疗,各有不同限制及副作用。理大应用生物及化学科技学系卢炜森博士表示:「新兴的免疫疗法及光热治疗有望为癌症治疗提供更多选择,我们团队所研发的仿生纳米片,有利于结合这两种方法进行联合治疗。我们这次以治疗结肠癌肿瘤作为试验,发现成效较单一的治疗法更显著,对人体的副作用也更少。」

团队所设计的新型纳米诊疗一体化材料,采用了超薄的二维纳米材料铁磷硒(FePSe3),上面载有抗PD-1(即抗免疫检查点)多肽药剂。PD-1(programmed cell death 1免疫系统的检查点)存在于免疫T细胞上,而PD-L1(programmed cell death ligand-1)则存在于肿瘤细胞上。癌细胞会透过其表面的 PD-L1与 T 细胞上的 PD-1结合,抑制免疫系统的活化能力,使 T 细胞不攻击癌细胞。团队于纳米片上加入抗PD-1多肽(anti-PD-1 peptide, APP)就是为了阻止PD-1和PD-L1结合,使T细胞发挥正常功能的药剂,它不直接攻击癌细胞,而是强化机体免疫系统的癌症治疗药物,从而达致免疫治疗。

团队以癌细胞膜包裹纳米片,形成具有肿瘤细胞膜特性的仿生纳米材料,伪装成与癌细胞类近的样子,高效地聚集在肿瘤位置。当把这些仿生纳米材料注入生物体内时,被肿瘤细胞膜包着的仿生纳米材料就会黏附在真正的肿瘤细胞上,然后肿瘤细胞膜会慢慢剥落分离,剩下里面的纳米片,开始进行免疫疗法。

卢炜森博士解释:「由于机体免疫系统会对外物产生排斥,令载有抗PD-1药剂的纳米材料无法到达肿瘤部位,而肿瘤细胞膜具有肿瘤靶向的特性,可利用物以类聚的原理,当由肿瘤细胞膜包裹着的纳米材料在血液运行时,遇到同类肿瘤细胞便会被吸引过去,直接到达肿瘤部位发挥抗肿瘤作用。此外,二维材料的表面面积宽大,有利于提高免疫药『抗PD-1多肽』的载药率,从而提高治疗效益,同时减低用药剂量,并减少副作用。」

另外,理大所选的纳米材料本身具备良好的光热转换效能,可以在近红外激光照射下产生大量热,直接将肿瘤细胞杀死,达致光热疗法的效果,当中所产生的热可以进一步促进免疫治疗,提高免疫疗效,实现到一加一大于二的协同治疗,有效抑制肿瘤生长。

三种成像模式助实时监测治疗效果

而这种仿生纳米材料亦可达到诊疗的功用。利用铁磷硒(FePSe3)在磁、光、热等方面的特性,这种材料具有三种不同的成像功能,分别为核磁共振成像 (magnetic resonance imaging, MRI)、光声成像(photoacoustic imaging,PAI)和光热成像 (photothermal imaging, PTI) ,可追踪和定位肿瘤和纳米材料,以达到多方位的肿瘤精准诊断。

理大的新型纳米材料能够将诊断、治疗和疗效监控等功能一体化,不仅可以实现肿瘤的成像和治疗,而且可以实时监测治疗效果,实现诊疗一体化。理大科研团队在一批有皮下结肠癌的小鼠身上进行了实验。

研究结果发现,在进行了25天协同治疗后,肿瘤的体积明显缩小,小鼠存活率比起其他对照组提高了三倍,小鼠心肝脾肺肾等主要器官亦没有明显损伤,证明这种疗法的安全性表现理想。研究团队亦利用仿生纳米片的MRI和光声成像功能进行了24小时观察,可见该纳米诊疗材料能有效靶向聚集在小鼠的皮下结肠癌肿瘤位置。透过光热成像亦可以见到纳米材料在受到近红外的激光光照下,几分钟后就可以产生局部热。这种多模态成像功能证实理大的仿生纳米片可以全方位、多角度、精准地检测评估肿瘤的发展情况,配合协同治疗效果,实现诊疗一体化。

「针对目前医学界缺乏高效而安全的诊疗材料的问题,我们团队所研发的仿生纳米材料在应用方面前景可期,未来我们会进一步探讨在其他癌症治疗上应用这种纳米材料的可能性,并研究在生物体内的代谢情况,期望更多癌症病人可受惠于崭新的诊疗方法。」卢炜森博士说。

***完***

详情查询

余洁凝女士

理大传讯及公共事务经理

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