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南大团队展望光催化肿瘤治疗前景

11月6日,中科院院士、南京大学现代工程与应用科学学院教授邹志刚团队在《化学趋势》上发表综述文章,着重介绍了肿瘤治疗中光催化材料在近红外光、紫外可见光和X射线波段的作用机理和研究进展,讨论了当前的局限性,并展望了其发展趋势。

传统的癌症治疗方法(如放疗和化疗)在低剂量下无法达到预期的疗效,高剂量下则对健康组织造成很大的损害。相比之下,光催化治疗是一种相对温和的方法,可以将光照射到特定的病灶区域,对健康组织的损害很小。光催化治疗也更容易针对病人的特定需求进行设计,从而符合精准医疗的要求。基于光催化材料的治疗方法近年来已成为肿瘤治疗研究的新趋势,一些光敏药物已开始应用于临床治疗。光催化治疗以肿瘤微环境为目标,输入光子能量,进而发生光催化反应,破坏肿瘤区域氧化还原平衡,如同阿波罗之箭射向肿瘤的阿喀琉斯之踵,给肿瘤细胞以致命一击。光催化治疗有望成为未来能够真正治愈癌症的治疗方法之一。

然而,光催化治疗目前仍面临着难题与挑战。传统光催化反应使用的紫外—可见光在人体组织中的穿透深度仅有几毫米,难以到达深层组织,受紫外—可见光激发的传统光催化剂只适合用于治疗浅表层肿瘤。近红外光的穿透深度较紫外—可见光更大,但近红外光激发的光动力疗法通常需要消耗氧气来产生具有细胞毒性的单线态氧,这一过程会加重肿瘤组织的乏氧状况,从而限制光动力疗法的疗效。X射线穿透能力强,是治疗深层肿瘤的理想光源,但放疗易对肿瘤周围健康组织造成损伤,具有较大副作用。双光子激发、上转换过程等新型物理机制,和基于高原子序数材料或闪烁体的X射线催化方案,为解决上述难题提供了可行的答案。

当前,用于肿瘤治疗研究的众多光催化材料仍需要进行大量的研究,才能最终投入临床使用。在不久的将来,如下问题或许能得到解决:紫外—可见光最常用来触发光催化反应,但是其应用受到低穿透深度的限制,如何控制紫外—可见光来触发光催化反应治疗癌症,突破穿透深度的限制?能否突破常规的活性氧机制,以避免肿瘤区域乏氧环境进一步恶化,其他光催化机制是否可能用于肿瘤治疗?在生物体内具有一定还原性的环境中是否能够产生足量活性氧,并用于攻击肿瘤细胞中的DNA分子?如何准确地解释体内光催化治疗的过程,能否借助原位表征手段直观地“看到”光催化材料在生物体内发生的作用?如何控制光催化材料的毒性和由代谢或免疫造成的药物消耗?……

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、武汉市光电子国家实验室开放基金等项目的支持。(来源:中国科学报 秦志伟 齐琦)

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