该方法可成功检测出人类舌头及咽喉部位的癌症,这项研究只是希望之城的许多正在进行的研究项目之一

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内容摘要:以色列巴伊兰大学的科研团队经过5年的研究证实了纳米技术在癌症早期诊断中的光明前景。他们研发的非侵入无辐射光学系统,可用于检测脑部、颈部及口腔癌症,也可用来检测位于舌头、咽…

希望之城的科学家和他的同事开发了一种用户友好的方法来创建针对特定肿瘤和疾病的治疗诊断学

以色列物理学家研发使用黄金纳米粒子检测早期癌症的方法首次通过人体测试。以色列巴伊兰大学纳米科技及先进材料研究所的德奥尔·菲克斯勒教授率领的团队,经过5年的研究证实了纳米技术在癌症早期诊断中的光明前景。他们研发的非侵入无辐射光学系统,被用于检测脑部、颈部及口腔癌症,也可用来检测位于舌头、咽喉部位的癌症发病情况。该方法已在动物身上测试成功,最近也通过了人类测试,被确认有效。

  • 治疗与诊断相结合。

几分钟即可检测出癌症且成功率超过90%

该过程的关键是称为金属茂的分子,其作为药物和成像剂开发的通用平台。希望之城的John
Termini博士及其在加州理工学院和以色列理工学院的同事开发了一种新方法来制备称为金属微孢子/蛋白质纳米粒子的细胞穿透纳米粒子。治疗诊断学可以在体内存活更长时间,更好地狙击疾病目标。

这种发明是如何工作的?如果一位口腔感到疼痛并伴有其他病症的患者去看医生,有一种令人不安的可能就是,该患者正受到口腔癌、舌癌或喉癌的折磨。医生要求患者使用一种特殊的混合物漱口,几分钟后便能确认患者是否患有癌症。

这项研究只是希望之城的许多正在进行的研究项目之一,旨在将该领域从传统医学转向精准医学,其中针对特定个体的疗法,希望之城的分子医学教授Termini说。

这样的测试很简单,患者只要花上几分钟,用含有黄金纳米粒子的混合物漱口,这些粒子能够有效给癌细胞着色,着色部位被一个专门研发的工具扫描成图,医生便可在电脑屏幕上查看结果。当前的临床试验表明,该方法可成功检测出人类舌头及咽喉部位的癌症。舌癌的检测在特拉维夫大学牙医学院进行,咽喉癌的检测由舍巴医学中心耳鼻喉部完成。菲克斯勒说:“我们将试验结果和病人活检结果进行对比,该试验的成功率超过90%。”

该研究报告发表在科学报告中,自然出版,2月19日,详情以独特的方式,研究人员准备了可以推广到很多类似的分子治疗诊断。

两种技术手段成就这一快速检测技术

通过协作智能,我们能够创造出具有巨大化疗潜力的东西,Termini说。在这个过程中,像这样的治疗学家可以缩短治疗时间,减少可怕的副作用,让许多癌症患者担心。

菲克斯勒研发的检测方法包括了两种在医学领域还未充分展示其全部潜能的技术手段,“物理扩散”技术和“纳米技术”。

“物理扩散”技术发展于上世纪70年代末,主要的理论基础是光束在身体器官上的反射能够帮助检测肿瘤。对被器官阻碍的光线扩散的研究可以显示出器官哪一部分吸收或反射了光线,从而有助于检测癌细胞生长。菲克斯勒说:“研究者们花费了很长时间构建模型,尝试找出光线反射原理下器官发生了什么,然而该领域的研究停滞了一段时间,因为该模型无法确切显示肿瘤是否被检测到,也无法确认扩散源是否来自身体的不同部分。作为基础研究的极好模型,事实证明它没有多少临床价值。”他解释道:“被称为漫反射的理论模型自20世纪80年代就很流行,但对癌症的检测不能仅依赖于光线对器官的反射这一依据,要确认癌细胞是否生长,我们需要能够更好地描绘器官图像的物质或微粒。”

“大约12年前,一种被称为分子药剂的新思路进入人们的视线。”菲克斯勒说。和先前寻求大体图像的思路不同,新思路希望寻求分子层面的结论。以此思路为基础,一种被称为“对比成像”的方法在近十年中研发出来。运用该方法,医生将一种秘密药剂注射到患者身体中,植于医生希望探测癌细胞生长的地方,从而获得所需图像,这种秘密药剂就是纳米粒子。其中,黄金纳米粒子因其无毒且与人体具有较好的集成度而被广泛使用。

“事实上,纳米粒子是在我们血液中运行的小型机器人。”菲克斯勒解释说,“当纳米粒子在癌症抗体分子中时,我们可以观察到,这些粒子能够黏着于癌细胞。因此无需核磁共振或ct检查,癌细胞便可被识别出来。因为某种量子特性,黄金纳米粒子在一定的波长下能够对光线产生很强的反射作用。”

近年来,一种使用黄金纳米粒子成像的技术被研发出来,基于这种技术的疾病探测和治疗仪器随之出现,但这种仪器有个实质问题,即如何平衡创建高清质量的图像与所需黄金数量的关系。

新算法模型还可将该技术扩展于检测其他疾病

菲克斯勒和他的同事对自己的探测方法不断改进。“这就像在寻找隧道。”他解释道,“仅探测外部环境找到隧道并不容易,有时候你需要等待有人从里面出来。我们不仅依据粒子反射的光线,同时还根据人体组织上光线扩散产生的效果检测癌细胞。”

研究人员改变了黄金纳米粒子传统的球形形状,把它做成了杆形,改变了粒子反射波的长度,使粒子更深入地穿透到人体组织中。更重要是,他们研发了一种数学算法,能将粒子反映的信息转化成实际的图像。“粒子穿透组织,我们看不到反射。”菲克斯勒说,“但我们可看到它们如何在人体组织内影响光扩散。基于从组织细胞反射出来的光子数量,可建立计算数学函数。”

菲克斯勒的方法不限于癌症检测,他还在开发多发性硬化症的诊断方法。他的研究引起了国际科学界的关注,2013年6月,伦敦医学院为他颁发奖学金,资助其之后一年在伦敦国王学院与其他科学家一同继续此研究。44岁的菲克斯勒出生于特拉维夫,现任巴伊兰大学先进光学显微镜实验室主任。他在瓦伦西亚大学完成博士后工作,曾在中国华南师范大学激光研究所担任客座教授。

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