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看奇趣动物|神奇超分子化合物，征服癌症的又一把“手术刀”( 二 )


看奇趣动物|神奇超分子化合物，征服癌症的又一把“手术刀”
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△肿瘤光热疗法示意图 ， 来源：Freepik.com
名字很“中二”的光动力疗法
光动力这个名字听上去有点中二 ， 实际上它的得名过程本来就自带玄幻属性 。 1897 年慕尼黑大学的Tappeiner教授与他的学生Rabb ， 利用吖啶（acridine）和草履虫做实验 ， 结果却意外发现 ， 吖啶加上光照后会对草履虫产生强烈的毒性 ， 毒性远大于双方的单独影响 。 他们推测此效应可能是能量从光转移至化学物质上 ， 于是将此效应命名为“光动力作用”（photodynamic action） 。
传统的癌症光动力疗法主要利用光照射特殊的感光化学物质后产生的活性氧 ， 而活性氧类物质对于细胞有很强的伤害性 ， 集中释放于肿瘤处足以让癌细胞“喝上一壶” ， 并且癌细胞很难对其产生抗药性 。 一个有效的光动力疗法至少得包括如下的三个要素 ， 第一 ， 感光剂；第二 ， 能够让感光剂被激发的特殊波长光波；第三 ， 细胞内的氧分子 。 前两个要素都好理解 ， 氧分子在其中扮演什么角色呢？感光剂在光照下释放的能量会将氧分子激发为活化状态 ， 形成活性氧类（ROS）物质 ， 包括氧自由基和单线态氧等 。 因此 ， 细胞内的氧分子同时扮演了为光动力疗法提供弹药的角色 。
利用光动力疗法治疗某些癌症的成熟方案已经在临床上应用了很多年 ， 它对各种皮肤癌的治疗效果尤其明显 。 不过光动力疗法也有自身的局限 ， 首先 ， 活性氧人挡杀人 ， 佛挡杀佛 ， 副作用虽小但还是难以避免；其次 ， 肿瘤组织属于缺氧环境 ， 这又会大大限制活性氧的产生 。
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△利用激光进行光动力疗法的示意图 ， 来源：公有领域
中国科学家独辟蹊径 ， “光催化”疗法治好患癌小鼠
光催化疗法同样是利用光来照射特殊的感光剂 ， 但对癌细胞产生杀灭效果的并非是活性氧 ， 而是光催化发生时产生的大量空穴 。 光中的光子提供的能量 ， 可以让感光剂中的部分电子发生跃迁（可以认为是能量变高后从原来位置逃逸） 。 跃迁后原本电子存在的地方就会变成一个带正电的光生空穴 。 光生空穴和活性氧一样 ， 都是具有强烈氧化性的物质 。 但有所不同的是 ， 光生空穴的产生过程并不依赖氧分子 ， 这是光催化与光动力疗法的显著区别 。
本次研究能够成功关键在于 ， 中国科学家们在不久前发明了一种可以大量制造感光剂Nano-SA-TCPP的方法 。 该感光剂的中文名称非常长 ， 叫做纳米级自组装苯基卟啉 ， 结构也非常复杂 ， 因此它被归类到“超分子化合物”中 。
Nano-SA-TCPP有很多神奇的性质 ， 首先 ， 当在420到750纳米波长范围内的光照下 ， 它释放出的光生空穴具有“令人惊异”的强烈氧化性 。 其次 ， 由于具有所谓的“尺寸选择效应（size selection effect）” ， Nano-SA-TCPP几乎无法进入普通细胞 ， 而只会定向进入癌细胞 。 最后 ， 它释放的光生空穴 ， 在癌细胞内会造成细胞膜破裂 ， 细胞质流失等效果 。
在小鼠实验中 ， 小鼠身上的实体瘤（尺寸约100立方毫米）仅需接受10分钟的光照就会逐渐开始萎缩 。 治疗当天 ， 肿瘤外观的就有肉眼可见的缩小和平坦化 。 治疗后第二天 ， 患处会发生结痂 ， 结痂约一周后脱落 ， 露出完好的新生组织 。 而接受同样疗法的健康小鼠则没有任何异常的迹象 。
此外 ， 研究人员在一系列肿瘤细胞系中进行了类似的实验 ， 均取得了非常理想的抗癌效果 。
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△小鼠接受不同时间光催化治疗后的肿瘤萎缩情况 ， 来源：参考文献1
新疗法虽然鼓舞人心 ， 但仍然应该谨慎乐观


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