對于人類來說，癌癥是一個可怕的詞。因為癌癥的復雜性，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，試圖遏制癌癥對人類的傷害。最近，我國科學家在《國家科學評論》發(fā)表了癌癥新療法的前沿成果，這項技術(shù)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，該化合物在光照下會持續(xù)釋放對癌細胞有強烈殺滅作用的活性產(chǎn)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(xiàn)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(xù)發(fā)揮作用。接受治療后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(shù)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(zhì)，為何能夠精準定位、直搗黃龍。光照下釋放出的活性產(chǎn)物又是何方神圣，能讓頑強的癌細胞一命嗚呼？這項研究帶來的意義有多大，人類真的掌握了癌癥治療的神功秘法？今天這篇文章就為大家揭開上述疑問的答案。

　　傳統(tǒng)抗癌療法，雖然有效但副作用不小

　　傳統(tǒng)的癌癥治療手段除了外科手術(shù)切除，不外乎放療和化療兩種。外科手術(shù)對人體傷害很大，且術(shù)后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癥部位進行照射，以借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(zhì)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，后者作亂前者背鍋，最終在患者身上產(chǎn)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(jīng)常在短期內(nèi)就演化出具備抗藥性的新一代細胞。最終，多種針對癌癥的化學療法都面臨初期有效，后期效果越來越不明顯的困境。

　　因此醫(yī)學界一直在努力尋找副作用相對溫和，且難以產(chǎn)生抗藥性的癌癥治療方式。科學家們的努力沒有白費，各種前沿技術(shù)相繼進入我們的視野。并且值得一提的是，光在這類療法中扮演著重要的作用。

　　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(zhì)，或者說光照射到物體后，會激發(fā)起怎樣的反應。首先，生活經(jīng)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(zhì)的性質(zhì)發(fā)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于物體后的兩大效應，第一產(chǎn)生熱量，第二激發(fā)化學變化。癌癥的各種光療法正是基于這兩種效應，前者稱為癌癥的“光熱療法”，后者稱為癌癥的“光動力療法”。

　　光熱療法原理非常簡單，實現(xiàn)起來也不算困難�？茖W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癥部位，然后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(fā)熱。最終，它們將在體內(nèi)癌腫部位產(chǎn)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么容易，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(zhuǎn)化效率，用不著海量的注射就能對癌細胞形成強烈的“炮烙”效果。不過，光熱療法目前面臨著一個相當大的困難：將這些物質(zhì)注射進體內(nèi)很容易，但請神容易送神難，最后怎么把它們代謝出去是個大問題。數(shù)以億計的納米顆粒們最后可能隨著血液循環(huán)周游全身，最后在大腦，腎臟等關(guān)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(chǎn)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，來源：Freepik.com

　　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(jié)果卻意外發(fā)現(xiàn)，吖啶加上光照后會對草履蟲產(chǎn)生強烈的毒性，毒性遠大于雙方的單獨影響。他們推測此效應可能是能量從光轉(zhuǎn)移至化學物質(zhì)上，于是將此效應命名為“光動力作用”(photodynamic action)。

　　傳統(tǒng)的癌癥光動力療法主要利用光照射特殊的感光化學物質(zhì)后產(chǎn)生的活性氧，而活性氧類物質(zhì)對于細胞有很強的傷害性，集中釋放于腫瘤處足以讓癌細胞“喝上一壺”，并且癌細胞很難對其產(chǎn)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(fā)的特殊波長光波；第三，細胞內(nèi)的氧分子。前兩個要素都好理解，氧分子在其中扮演什么角色呢？感光劑在光照下釋放的能量會將氧分子激發(fā)為活化狀態(tài)，形成活性氧類(ROS)物質(zhì)，包括氧自由基和單線態(tài)氧等。因此，細胞內(nèi)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癥的成熟方案已經(jīng)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，腫瘤組織屬于缺氧環(huán)境，這又會大大限制活性氧的產(chǎn)生。

　　利用激光進行光動力療法的示意圖，來源：公有領域

　　中國科學家獨辟蹊徑，“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(chǎn)生殺滅效果的并非是活性氧，而是光催化發(fā)生時產(chǎn)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(fā)生躍遷(可以認為是能量變高后從原來位置逃逸)。躍遷后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(zhì)。但有所不同的是，光生空穴的產(chǎn)生過程并不依賴氧分子，這是光催化與光動力療法的顯著區(qū)別。

　　本次研究能夠成功關(guān)鍵在于，中國科學家們在不久前發(fā)明了一種可以大量制造感光劑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(jié)構(gòu)也非常復雜，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(zhì)，首先，當在420到750納米波長范圍內(nèi)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，由于具有所謂的“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。最后，它釋放的光生空穴，在癌細胞內(nèi)會造成細胞膜破裂，細胞質(zhì)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。治療后第二天，患處會發(fā)生結(jié)痂，結(jié)痂約一周后脫落，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后的腫瘤萎縮情況，來源：參考文獻1

　　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后，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癥的元年。雖然中國科學家取得突破可喜可賀，但“徹底征服癌癥”這樣的說法多少還是有些言過其實。

　　首先，各種癌癥的光療法都存在一定的輻照深度問題，如果腫瘤出現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部并暴露腫瘤后再進行光照治療，理論上似乎解決了光輻照深度的問題。但這樣復雜的手術(shù)及之后病人面臨的風險很可能與傳統(tǒng)的腫瘤切除手術(shù)并無二致。光催化療法未來是否能夠發(fā)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癥細胞異常有效，但它的作用方式(直接把癌細胞的細胞膜弄破，讓其細胞質(zhì)流失)卻有些過分剛猛，這反而不見得總是好事情。為什么這么說呢？大家可能聽過擠壓綜合癥這一病名，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、死亡并破裂。隨之釋放的毒性物質(zhì)會隨血液流向全身，引起機體內(nèi)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(fā)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(jīng)受得住癌細胞破裂過程中所釋放的大量有害物質(zhì)。

　　最后，作為一項仍然處在早期發(fā)展階段的癌癥治療手段，光催化療法仍然需要面對一系列的有效性、安全性評估。這背后需要實驗室、企業(yè)乃至國家監(jiān)管部門的大量工作，絕非朝夕之功。

　　無論如何，人類在面對癌癥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癥的新型手術(shù)刀”。