韩国科学技术研究院——纳米材料介导的光热癌症疗法临床应用进展 (综述) | MDPI Biomedicines

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文章导读

光热疗法 (Photothermal Therapy, PTT) 是一种非侵入性和高选择性的癌症治疗手段，如今正成为科学研究的热点。在近红外激光照射下，PTT 通过将光能转化为热能产生的光热效应，产生局部高温杀死肿瘤细胞。尽管 PTT 在癌症治疗方面取得了重要进展，基于使用激光设备或非特异性小分子光热剂的 PTT 应用仍受到诸多限制，如较低的光热转化效率、光热剂生物安全性问题及其在肿瘤组织中的积累不足，还有某些特殊类型癌症的热抵抗性。使用纳米材料作为光热剂或递送光热剂的载体是有效的改进策略，通过提高光热转化效率、增加光热剂在肿瘤组织中的积累以及与其他治疗手段的联合应用，可以改善治疗效果并减少副作用。

本文综述了光热疗法在临床应用方面的最新进展，对其未来发展前景进行展望。为了更好地理解光热疗法的临床应用，作者详细阐述了纳米材料介导的光热效应及其在肿瘤微环境中的作用机制。同时，作者还总结了最近有关光热疗法单独应用或与其他治疗手段联合应用的相关研究。

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研究过程与结果

光热剂与 PTT 效应

理想的光热剂应具备高的光热转换效率 (Photothermal Conversion Efficiency, PCE)，良好的生物相容性，以及稳定的光热性能等特征。光热剂包括有机染料、有机纳米颗粒、金纳米材料、碳基纳米材料和其他无机材料 (图 1A)。各种类型光热剂中，有机纳米材料具备良好的生物相容性和生物降解性，它们的缺点是光热转换效率低、光热稳定性差以及合成复杂。相比之下，无机纳米材料因其固有的光学特性，显示出优异的近红外光吸收性能、光热效率和光热稳定性。但是无机纳米材料的非生物降解性质和潜在的长期毒性仍然存在问题。在作用机制方面，光热剂起到加热目标细胞或组织的作用。具体而言，在特定波长的光照射下，光热剂吸收能量并从基态单重态跃迁到激发态单重态。随后，激发的光热剂经历非辐射振动弛豫过程，通过与周围分子的碰撞返回基态，增加的动能加热周围的肿瘤微环境 (图 1B)。

图 1. 光热剂的分类 (A) 和 PTT 作用机制 (B)。

PTT 的联合治疗和临床进展

PTT 与其他治疗方法的联合应用具有协同治疗效果，可以充分发挥每种治疗方法的优势，弥补各自不足，主要包括光动力疗法 (Photodynamic Therapy, PDT)、化疗、免疫疗法和放射疗法与 PTT 的联合治疗。PTT 与 PDT 联合应用可以增强局部温度效应和氧化疗效，改善肿瘤响应。PTT 与化疗联合应用能够增加药物渗透性和肿瘤组织中的药物含量，同时提高肿瘤对热疗的敏感性。PTT 与免疫疗法联合应用可以促进免疫原性细胞死亡，改变肿瘤微环境，增强免疫治疗效果。此外，PTT 还能改善放射疗法的效果，减少照射剂量。总之，PTT 和其他治疗方法的联合应用可以提高治疗效果，减少副作用 (图 2)。

图 2. PTT 的联合治疗。

目前，纳米药物介导的光热疗法在癌症治疗中已经取得了一些进展。临床上主要使用激光设备实现光热治疗，通过激发组织中内源性发色基团产生热效应。一些临床试验通过激光治疗成功控制了肺部、肝脏、前列腺等部位多种实体肿瘤。吲哚菁绿 (Indocyanine Green, ICG) 因其出色的光热转换效率和照射后产生的细胞毒性作用而备受关注。初步临床研究显示，ICG 用于转移性乳腺癌治疗具有可行性，且治疗后没有明显的不良反应。此外，纳米材料诱导的热消融也具备潜在治疗优势，不仅目标选择性强，而且使用设备简单。其中最著名的 PTT 系统 Aurolase^® 使用金纳米壳作为光热剂，已经在转移性肺部肿瘤、头颈部肿瘤等临床试验中得到应用，针对前列腺癌的研究也正在进行。

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研究总结

纳米材料介导的光热疗法已经在癌症治疗临床前研究中接受检验并取得了可观的结果。同时这种治疗方法也面临一些挑战，包括纳米材料的生物安全性和选择性、光照深度，以及与其他疗法的联合使用等。通过改进激光设备和纳米材料的特性，并结合其他治疗方式，如手术治疗，可以进一步提高 PTT 的临床应用。这些创新和改进，有助于将 PTT 从实验室推向临床，为癌症治疗带来新的可能性。

原文出自 Biomedicines 期刊

Han, H.S.; Choi, K.Y. Advances in Nanomaterial-Mediated Photothermal Cancer Therapies: Toward Clinical Applications. Biomedicines 2021, 9, 305.

    Biomedicines 期刊介绍

主编：Shaker A. Mousa, Albany College of Pharmacy and Health Sciences, USA

期刊主题涵盖人类健康和疾病的所有方面，如疾病的发病机制、转化医学、纳米医学、基因疗法、细胞疗法、生物制品、生物医学研究中的生物材料、天然生物活性分子、生物相似物、靶向特异性抗体以及重组治疗蛋白等。目前期刊已被 SCIE、Scopus 和 PubMed 等数据库收录。

*Q1 (69/277) in category "Pharmacology & Pharmacy"

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