医生使用放射治疗癌症已有一百多年的历史，但在避免使用健康组织的同时进行直接治疗一直是一种微妙的艺术。
为了帮助他们，芝加哥大学的科学家们设计了一支由花朵形状的金属和有机纳米颗粒组成的军队，这些纳米颗粒可以发出一击两击的效果——首先增强肿瘤部位的辐射效果，然后启动免疫系统，寻找任何残留的肿瘤。
这项研究发表在3月26日的《自然生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)杂志上，导致了一种候选分子，目前正开始第一期临床试验。
林文斌，詹姆斯·弗兰克化学与放射学教授芝加哥大学的细胞肿瘤学研究金属有机框架(MOFs)已经超过20年了。这些海绵状材料之所以如此命名，是因为它们将金属节点与有机粘合剂结合在一起。这是当今化学领域的一个热门话题，它们正被研究用于从太阳能电池到传感器的各种应用，因为它们功能强大，可以由许多不同的组件组成。
因为它们可以由生物可降解材料制成，林的实验室发现了一种新的癌症治疗方法。
这个想法是将这些小框架注入肿瘤。林说:“在x射线照射下，它们会产生非常活跃的分子，这些分子不会远离注射点——它们会附着在注射点上，并停留在注射点上。”这些框架比组织更好地吸收辐射，为肿瘤提供额外剂量的辐射。
辐射会引发大量活性氧化合物，这些化合物对细胞的各个部位都是有毒的:“蛋白质、脂类，它们会吞噬任何生物分子，”林说。(这一点很重要，因为治疗作用于细胞的部分越多，癌细胞就越难以通过变异来避免。)
其次，MOF的设计可以包含一种叫做IDO抑制剂的分子。这种抑制剂来自一种叫做检查点阻断免疫疗法的癌症治疗方法，它能阻止癌细胞逃避人体免疫系统的一种常见伎俩。一旦被阻断，t细胞就会冲进来攻击。在老鼠身上，研究发现这有助于杀死隐藏在身体其他部位的肿瘤，而不仅仅是注射部位。
通过携带免疫检查点抑制剂的纳米抑制剂激活免疫系统，以消除未经治疗的远处肿瘤。(图片由林文斌教授提供)
“理论上,它可以降低治疗许多癌症的剂量,这是很大的进步,因为任何数量我们可以减少辐射意味着更少的并发症,”拉尔夫Weichselbaum研究的合著者说,丹尼尔·k·路德维希杰出服务教授和系主任的辐射和细胞肿瘤,“我们也希望潜在的激活免疫系统可以帮助我们治疗的肿瘤,我们今天不能到达。”
林的实验室多年来一直致力于完善设计。“我们学到了很多，取得了一些令人兴奋的进步，”林说。“开发一种可以促进免疫治疗的技术的前景是非常值得的。”
“这是这所大学真正伟大的地方，我的肿瘤学实验室可以与物理科学家合作，推进这样的癌症治疗，”韦切尔鲍姆说。
在波尔斯基创业创新中心的帮助下，林创办了一家名为RiMO Therapeutics的初创公司，将这项技术应用于临床。该公司正在赞助正在进行的一期临床试验。
该研究的第一作者是博士后学者鲁旷达、何春白和郭宁宁。芝加哥大学的其他合作者包括研究生Christina Chan、倪开元和兰光旭，以及放射和细胞肿瘤学教授Charles Pelizzari;放射和细胞肿瘤学助理教授Michael Spiotto;此外，唐海东和傅洋新还与德克萨斯大学西南医学中心合作。
引文:“通过纳米金属有机框架的低剂量x射线放射治疗-放射动力学治疗增强检查点阻断免疫治疗。卢等，《自然生物医学工程》，2018年3月26日。doi: 10.1038 / s41551 – 018 – 0203 – 4
资助:国立癌症研究所、国立卫生研究院、路德维希转移研究中心。