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理大研發用於腫瘤治療及成像的新型仿生納米材料

理大應用生物及化學科技學系的科研團隊合照:(左起) 盧煒森博士、黃永德教授、谷艷娟博士及博士生方雪楊。

盧煒森博士(右)及谷艷娟博士介紹用於腫瘤治療及成像的新型仿生納米材料。

理大研發的仿生納米片藥液作靜脈注射(右)以及鐵磷硒粉末(左)


香港理工大學(理大)應用生物及化學科技學系科研團隊研發出一種具有多模態成像功能的新型仿生納米片,可實時追蹤腫瘤的發展和治療過程,透過新興的免疫療法及光熱治療,對腫瘤實施有效而精準的治療,顯著改善腫瘤的治療效果,降低副作用及提高病人存活率。有關研究成果已刊於國際重要期刊《Advanced Science》。

理大的生物及化學專家在藥物研發方面一直不遺餘力,尤其在抗癌藥研發方面取得不少突破,今次理大研發的仿生納米材料亦是針對癌症治療。我們採用這種新物料,首次結合免疫療法及光熱治療兩種嶄新的治療方法,同時兼具三種成像模式,為研發具靶向性、高療效及安全的新一代診療一體化納米材料提供了實用的設計藍本。

黃永德教授

理大應用生物及化學科技學系化學科技講座教授 (亦為理大常務及學務副校長)

理大應用生物及化學科技學系化學科技講座教授 (亦為理大常務及學務副校長)黃永德教授領導團隊於2018年開始進行有關研究。黃永德教授表示:「理大的生物及化學專家在藥物研發方面一直不遺餘力,尤其在抗癌藥研發方面取得不少突破,今次理大研發的仿生納米材料亦是針對癌症治療。我們採用這種新物料,首次結合免疫療法及光熱治療兩種嶄新的治療方法,同時兼具三種成像模式,為研發具靶向性、高療效及安全的新一代診療一體化納米材料提供了實用的設計藍本。」

兩種協同治療 ─免疫療法及光熱治療

癌症治療日新月異,現時治療惡性腫瘤的主要方法不外乎手術切除、化療及放射性治療,各有不同限制及副作用。理大應用生物及化學科技學系盧煒森博士表示:「新興的免疫療法及光熱治療有望為癌症治療提供更多選擇,我們團隊所研發的仿生納米片,有利於結合這兩種方法進行聯合治療。我們這次以治療結腸癌腫瘤作為試驗,發現成效較單一的治療法更顯著,對人體的副作用也更少。」

團隊所設計的新型納米診療一體化材料,採用了超薄的二維納米材料鐵磷硒(FePSe3),上面載有抗PD-1(即抗免疫檢查點)多肽藥劑。PD-1(programmed cell death 1免疫系統的檢查點)存在於免疫T細胞上,而PD-L1(programmed cell death ligand-1)則存在於腫瘤細胞上。癌細胞會透過其表面的 PD-L1與 T 細胞上的 PD-1結合,抑制免疫系統的活化能力,使 T 細胞不攻擊癌細胞。團隊於納米片上加入抗PD-1多肽(anti-PD-1 peptide, APP)就是為了阻止PD-1和PD-L1結合,使T細胞發揮正常功能的藥劑,它不直接攻擊癌細胞,而是強化機體免疫系統的癌症治療藥物,從而達致免疫治療。

團隊以癌細胞膜包裹納米片,形成具有腫瘤細胞膜特性的仿生納米材料,偽裝成與癌細胞類近的樣子,高效地聚集在腫瘤位置。當把這些仿生納米材料注入生物體內時,被腫瘤細胞膜包著的仿生納米材料就會黏附在真正的腫瘤細胞上,然後腫瘤細胞膜會慢慢剝落分離,剩下裡面的納米片,開始進行免疫療法。

盧煒森博士解釋:「由於機體免疫系統會對外物產生排斥,令載有抗PD-1藥劑的納米材料無法到達腫瘤部位,而腫瘤細胞膜具有腫瘤靶向的特性,可利用物以類聚的原理,當由腫瘤細胞膜包裹著的納米材料在血液運行時,遇到同類腫瘤細胞便會被吸引過去,直接到達腫瘤部位發揮抗腫瘤作用。此外,二維材料的表面面積寬大,有利於提高免疫藥『抗PD-1多肽』的載藥率,從而提高治療效益,同時減低用藥劑量,並減少副作用。」

另外,理大所選的納米材料本身具備良好的光熱轉換效能,可以在近紅外鐳射照射下產生大量熱,直接將腫瘤細胞殺死,達致光熱療法的效果,當中所產生的熱可以進一步促進免疫治療,提高免疫療效,實現到一加一大於二的協同治療,有效抑制腫瘤生長。

三種成像模式助即時監測治療效果

而這種仿生納米材料亦可達到診療的功用。利用鐵磷硒(FePSe3)在磁、光、熱等方面的特性,這種材料具有三種不同的成像功能,分別為核磁共振成像 (magnetic resonance imaging, MRI)、光聲成像(photoacoustic imaging,PAI)和光熱成像 (photothermal imaging, PTI) ,可追蹤和定位腫瘤和納米材料,以達到多方位的腫瘤精準診斷。

理大的新型納米材料能夠將診斷、治療和療效監控等功能一體化,不僅可以實現腫瘤的成像和治療,而且可以即時監測治療效果,實現診療一體化。理大科研團隊在一批有皮下結腸癌的小鼠身上進行了實驗。

研究結果發現,在進行了25天協同治療後,腫瘤的體積明顯縮小,小鼠存活率比起其他對照組提高了三倍,小鼠心肝脾肺腎等主要器官亦沒有明顯損傷,證明這種療法的安全性表現理想。研究團隊亦利用仿生納米片的MRI和光聲成像功能進行了24小時觀察,可見該納米診療材料能有效靶向聚集在小鼠的皮下結腸癌腫瘤位置。透過光熱成像亦可以見到納米材料在受到近紅外的鐳射光照下,幾分鐘後就可以產生局部熱。這種多模態成像功能證實理大的仿生納米片可以全方位、多角度、精準地檢測評估腫瘤的發展情況,配合協同治療效果,實現診療一體化。

「針對目前醫學界缺乏高效而安全的診療材料的問題,我們團隊所研發的仿生納米材料在應用方面前景可期,未來我們會進一步探討在其他癌症治療上應用這種納米材料的可能性,並研究在生物體內的代謝情況,期望更多癌症病人可受惠於嶄新的診療方法。」盧煒森博士說。

***完***

詳情查詢

余潔凝女士

理大傳訊及公共事務經理

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