神奇超分子化合物，征服癌症的又一把「手術刀」

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對於人類來說，癌症是一個可怕的詞。因為癌症的複雜性，無論對其進行治療還是預防都十分困難。而科學家們也一直在嘗試各種方法，試圖遏制癌症對人類的傷害。最近，我國科學家在《國家科學評論》發表了癌症新療法的前沿成果，這項技術先把一種特殊的感光化合物定向輸送到癌腫部位，再用特定光源在體外進行照射。結果發現，該化合物在光照下會持續釋放對癌細胞有強烈殺滅作用的活性產物，而正常細胞則幾乎不受影響。

在對小鼠進行的實驗中，這一療法表現出了驚人的療效。僅需一次時間為10分鐘的光照治療，感光化合物就會在腫瘤處持續發揮作用。接受治療後50天，患癌小鼠存活率從0增加到100%。而且論文中明確表示，這項技術對正常的身體細胞沒有影響。

對癌細胞高度敏感，而對普通細胞又損傷極小的神奇物質，為何能夠精準定位、直搗黃龍。光照下釋放出的活性產物又是何方神聖，能讓頑強的癌細胞一命嗚呼？這項研究帶來的意義有多大，人類真的掌握了癌症治療的神功秘法？今天這篇文章就為大家揭開上述疑問的答案。

目錄

傳統抗癌療法，雖然有效但副作用不小

傳統的癌症治療手段除了外科手術切除，不外乎放療和化療兩種。外科手術對人體傷害很大，且術後也不免需要放療化療來鞏固治療效果。放療主要利用各種類型的放射源對癌症部位進行照射，以藉助放射線殺滅癌細胞。而化療則通過各種對癌細胞存在抑制作用的化學物質來起到抗癌作用。不過，無論是放療抑或化療，都存在敵友難辨的問題。即正常細胞也會隨同癌細胞被一起攻擊，後者作亂前者背鍋，最終在患者身上產生各種難熬的副作用。

況且，癌細胞可不會甘心接受被剿滅的命運，它們的求生本能可是不容小覷。外界不利條件一來，癌細胞立馬會求變自保，經常在短期內就演化出具備抗藥性的新一代細胞。最終，多種針對癌症的化學療法都面臨初期有效，後期效果越來越不明顯的困境。

因此醫學界一直在努力尋找副作用相對溫和，且難以產生抗藥性的癌症治療方式。科學家們的努力沒有白費，各種前沿技術相繼進入我們的視野。並且值得一提的是，光在這類療法中扮演着重要的作用。

簡單粗暴的光熱療法

既然說到了光，我們不妨在正式的介紹開始之前，先來想想光都有哪些特質，或者說光照射到物體後，會激發起怎樣的反應。首先，生活經驗告訴我們，光的照射會讓物體溫度升高，比如太陽直射的地方就要比陰涼地的溫度高上不少。此外，光的照射還會讓物質的性質發生改變，比如塑料和橡膠的老化會在光照下顯著加快，而人如果不注意防曬皮膚則會被曬黑。

這些事例說明了光作用於物體後的兩大效應，第一產生熱量，第二激發化學變化。癌症的各種光療法正是基於這兩種效應，前者稱為癌症的「光熱療法」，後者稱為癌症的「光動力療法」。

光熱療法原理非常簡單，實現起來也不算困難。科學家們將金屬、金屬氧化物或者石墨烯的納米級顆粒注射到癌症部位，然後再在體外用特殊光線對其進行照射。這類納米顆粒有個非常有趣的特性——容易吸收特定波長光子的能量，繼而發熱。最終，它們將在體內癌腫部位產生42攝氏度左右的高溫。與正常細胞相比，癌細胞更加怕熱，這一溫度將加速癌腫細胞的死亡，而正常細胞則尚且能夠耐受，如此一來，癌細胞就可能被活活烤死。

進化出耐熱基因顯然不那麼容易，簡單粗暴的光熱療法對癌細胞的殺傷力很大，而且上述的無機納米顆粒們還具有很高的能量轉化效率，用不着海量的注射就能對癌細胞形成強烈的「炮烙」效果。不過，光熱療法目前面臨着一個相當大的困難：將這些物質注射進體內很容易，但請神容易送神難，最後怎麼把它們代謝出去是個大問題。數以億計的納米顆粒們最後可能隨着血液循環週遊全身，最後在大腦，腎臟等關鍵器官沉積，造成難以去除的慢性中毒。雖然有一些有機化合物同樣能夠產生光熱效應，且能夠被身體代謝排出，但它們的熱效率太低，且合成困難。

腫瘤光熱療法示意圖 原圖鏈結

　　

名字很「中二」的光動力療法

光動力這個名字聽上去有點中二，實際上它的得名過程本來就自帶玄幻屬性。1897 年慕尼黑大學的Tappeiner教授與他的學生Rabb，利用吖啶（acridine）和草履蟲做實驗，結果卻意外發現，吖啶加上光照後會對草履蟲產生強烈的毒性，毒性遠大於雙方的單獨影響。他們推測此效應可能是能量從光轉移至化學物質上，於是將此效應命名為「光動力作用」（photodynamic action）。

傳統的癌症光動力療法主要利用光照射特殊的感光化學物質後產生的活性氧，而活性氧類物質對於細胞有很強的傷害性，集中釋放於腫瘤處足以讓癌細胞「喝上一壺」，並且癌細胞很難對其產生抗藥性。一個有效的光動力療法至少得包括如下的三個要素，第一，感光劑；第二，能夠讓感光劑被激發的特殊波長光波；第三，細胞內的氧分子。前兩個要素都好理解，氧分子在其中扮演什麼角色呢？感光劑在光照下釋放的能量會將氧分子激發為活化狀態，形成活性氧類（ROS）物質，包括氧自由基和單線態氧等。因此，細胞內的氧分子同時扮演了為光動力療法提供彈藥的角色。

利用光動力療法治療某些癌症的成熟方案已經在臨床上應用了很多年，它對各種皮膚癌的治療效果尤其明顯。不過光動力療法也有自身的局限，首先，活性氧人擋殺人，佛擋殺佛，副作用雖小但還是難以避免；其次，腫瘤組織屬於缺氧環境，這又會大大限制活性氧的產生。

利用激光進行光動力療法的示意圖 原圖鏈結

　　

中國科學家獨闢蹊徑，「光催化」療法治好患癌小鼠

光催化療法同樣是利用光來照射特殊的感光劑，但對癌細胞產生殺滅效果的並非是活性氧，而是光催化發生時產生的大量空穴。光中的光子提供的能量，可以讓感光劑中的部分電子發生躍遷（可以認為是能量變高后從原來位置逃逸）。躍遷後原本電子存在的地方就會變成一個帶正電的光生空穴。光生空穴和活性氧一樣，都是具有強烈氧化性的物質。但有所不同的是，光生空穴的產生過程並不依賴氧分子，這是光催化與光動力療法的顯著區別。

本次研究能夠成功關鍵在於，中國科學家們在不久前發明了一種可以大量製造感光劑Nano-SA-TCPP的方法。該感光劑的中文名稱非常長，叫做納米級自組裝四羧苯基卟啉，結構也非常複雜，因此它被歸類到「超分子化合物」中。

Nano-SA-TCPP有很多神奇的性質，首先，當在420到750納米波長範圍內的光照下，它釋放出的光生空穴具有「令人驚異」的強烈氧化性。其次，由於具有所謂的「尺寸選擇效應（size selection effect）」，Nano-SA-TCPP幾乎無法進入普通細胞，而只會定向進入癌細胞。最後，它釋放的光生空穴，在癌細胞內會造成細胞膜破裂，細胞質流失等效果。

在小鼠實驗中，小鼠身上的實體瘤（尺寸約100立方毫米）僅需接受10分鐘的光照就會逐漸開始萎縮。治療當天，腫瘤外觀的就有肉眼可見的縮小和平坦化。治療後第二天，患處會發生結痂，結痂約一周後脫落，露出完好的新生組織。而接受同樣療法的健康小鼠則沒有任何異常的跡象。

此外，研究人員在一系列腫瘤細胞系中進行了類似的實驗，均取得了非常理想的抗癌效果。

小鼠接受不同時間光催化治療後的腫瘤萎縮情況 原圖鏈結

　　　

新療法雖然鼓舞人心，但仍然應該謹慎樂觀

這項成就被媒體廣泛報道後，很多人都在社交媒體上表達了自己的激動和興奮，甚至有人說2020年是人類徹底征服癌症的元年。雖然中國科學家取得突破可喜可賀，但「徹底征服癌症」這樣的說法多少還是有些言過其實。

首先，各種癌症的光療法都存在一定的輻照深度問題，如果腫瘤出現在體表，光療法當然有施展的可能，但大部分腫瘤隱藏在人體內部深處，這樣的腫瘤很可能讓光療法無能為力。即便假設我們能夠在打開人體內部並暴露腫瘤後再進行光照治療，理論上似乎解決了光輻照深度的問題。但這樣複雜的手術及之後病人面臨的風險很可能與傳統的腫瘤切除手術並無二致。光催化療法未來是否能夠發展到可以探討類似治療方案的成熟水平，尚不得而知。

其次，光催化療法雖然對殺滅癌症細胞異常有效，但它的作用方式（直接把癌細胞的細胞膜弄破，讓其細胞質流失）卻有些過分剛猛，這反而不見得總是好事情。為什麼這麼說呢？大家可能聽過擠壓綜合症這一病名，比如在地震等事故中肢體被壓住的時間過長，受壓處的組織細胞將會缺血、死亡並破裂。隨之釋放的毒性物質會隨血液流向全身，引起機體內部的免疫反應。作為本次實驗對象的裸鼠免疫力低下，腫瘤消散過程中引發的免疫反應可能比較微弱，但換成擁有正常免疫力的小鼠，很難說是否可以經受得住癌細胞破裂過程中所釋放的大量有害物質。

最後，作為一項仍然處在早期發展階段的癌症治療手段，光催化療法仍然需要面對一系列的有效性、安全性評估。這背後需要實驗室、企業乃至國家監管部門的大量工作，絕非朝夕之功。

無論如何，人類在面對癌症時能有更多的療法選擇，無疑是黑暗中難得的光芒。正如論文摘要中所說：「光催化療法的高效性、安全性和普適性，將為我們提供一把征服癌症的新型手術刀」。