化療作為一種治療癌症的方法，是20 世紀醫學界最成功的案例之一，但它遠非完美無缺。任何經歷過化療或有朋友或親人經歷過化療的人都會熟悉化療的許多副作用：脫髮、噁心、免疫力下降，甚至不孕和神經損傷。這是因為化療藥物是有毒的。它們的目的是透過毒殺癌細胞來殺死癌細胞，但由於癌細胞來自健康細胞，而且與健康細胞非常相似，因此很難製造出既能殺死癌細胞又不傷害健康組織的藥物。

標靶給藥方式的突破

但現在，加州理工學院的兩個研究小組創造了一種全新的給藥系統，他們說，這種系統最終可能會讓醫生有能力以更有針對性的方式治療癌症。此系統採用的藥物透過超音波激活，而且只在體內需要的地方使用。

該系統由化學助理教授馬克斯韋爾-羅伯（Maxwell Robb）和馬克斯-德爾布呂克（Max Delbrück）化學工程與醫學工程教授、霍華-休斯醫學研究所研究員米哈伊爾-夏皮羅（Mikhail Shapiro）的實驗室開發。在發表於《美國國家科學院院刊》上的一篇論文中，研究人員展示了他們是如何將各自專業的元素結合在一起創造出這個平台的。

透過合作，兩個研究小組將氣泡（某些細菌中充滿空氣的蛋白質膠囊）和機械分子（在物理力作用下會發生化學變化的分子）結合起來。夏皮羅的實驗室以前曾利用氣泡和超音波來對單一細胞進行成像，並精確地移動細胞。

羅伯的實驗室則創造出了在拉伸時會變色的機械分子，使它們能用於檢測結構中的應變；還有其他機械分子，能在機械刺激下釋放出較小的分子，包括藥物。在這項新工作中，他們設計了一種使用超音波作為刺激的方法。

在超音波的作用下，氣體囊泡會破裂，在破裂的過程中，被稱為”機械分子”的分子會破裂，釋放出更小的、所需的分子。資料來源：加州理工學院

超音波活化的機械聚合物

“我們考慮這個問題已經很久了，”羅伯說。”我剛到加州理工學院時，米哈伊爾和我就開始討論超音波的機械效應。”

當他們開始研究如何將機械孔和超音波結合時，他們發現了一個問題：超音波可以激活機械孔，但其強度過大，也會損傷鄰近組織。研究人員需要的是一種能將超音波能量集中到他們想要的地方的方法。結果證明，夏皮羅的氣囊技術提供了解決方案。

小瓶中的氣體囊泡在溶液中呈白色，在超音波作用下破裂後會變得透明。資料來源：加州理工學院

在先前的研究中，夏皮羅利用了囊泡在超音波的轟擊下會像鐘一樣振動或”響鈴”的特性。然而，在目前的研究中，囊泡被敲得很響，以至於破裂，從而集中了超音波能量。這些囊泡實際上成了微小的炸彈，它們的爆炸激活了機械體。

「透過超音波施力通常依賴非常強烈的條件，這些條件會引發微小溶解氣泡的內爆，」該研究的共同作者莫莉-麥克法登（23 歲，博士）說。”它們的內爆是活化機械體的機械力來源。小泡對超音波的敏感度更高。利用它們，我們發現在弱得多的超音波下也能實現同樣的機械體活化”。

未來的潛力和影響

沙皮羅實驗室的博士後助理研究員姚宇星說，這是聚焦超音波首次能夠在生物環境中控制特定的化學反應。姚說：”以前，超音波一直被用來破壞或移動物體。但現在，它為我們開闢了一條使用機械化學的新道路。”

到目前為止，該平台僅在受控實驗室條件下進行了測試，但研究人員計劃今後在生物體內進行測試。

編譯來源：ScitechDaily