日本体检健康小知识科普专栏

药物怎么样精准找到癌细胞?(上)

挚馨健康 XIN HEALTH 编辑团队 2019-01-23 11:33:44 发布

前面的两期里,我们讨论了癌症手术和癌症药物从粗糙到精确的重大升级。这一期,我要讲一个你可能比较陌生的领域——药物的投送系统。

药物投送系统是什么意思呢?我打个比方你就理解了。癌症药物就像是爆炸力强悍的炸药,一旦在癌细胞附近爆炸,就能起到杀伤作用。但是炸药自己没长脚,需要用工具投送到目标附近才行。

这种工具在武器领域就是大炮、轰炸机和精确制导的炸弹。在生物医学领域,就是我们要讲的药物投送系统。

一、遥远的药物投送历史

其实,药物投送系统的历史十分悠久,把药片口服下去,或者把液体药物注射到人体的肌肉或者血管里,就是一套古老的药物投送系统。

这样的药物投送系统当然是非常粗糙的。就拿癌症药物来说,癌症往往发生在身体某个局部位置,比如肺癌就是肺部发生了肿瘤,直肠癌就是直肠的部位发生了肿瘤。

但是如果口服药物的话,药片里的化学物质需要通过食道、胃、小肠才会被身体吸收,需要在血管里经过漫长的运输才能接近患病的部位。

就算是通过血管直接给药,省了在消化系统里的麻烦,药物分子也仍然少不了要绕着全身血管到处扩散。

二、低效的药物投送系统

你肯定能想到,这样撒胡椒面似的给药,效率是非常低的,需要吃下去或者注射大量的药物才能指望在癌症局部达到足够的剂量。

对于某些特别封闭的身体器官,比如大脑,就算是吃下去或者注射大量药物,真正能进去发挥作用的药物也非常少。反过来,如果药吃的或者注射的太多,它完全可能会在身体的正常部位也达到很高的浓度,从而误伤正常身体细胞。

大部分药物都不能完全发挥作用大部分药物都不能完全发挥作用

这个感觉就有点像二战时期用轰炸机投送炸弹,炸弹本身的威力可能足够了,但是因为扔炸弹的准头往往很差,所以经常需要派大量的飞机才能真正炸到想破坏的军事目标,同时也一定会误伤到很多无关的民用目标。

在战争领域,就是因为这个原因,能够精确投放炸药的导弹被发明了出来,并且在过去二三十年的局部战争中被广泛应用。那么,在癌症领域,我们能不能制造出像导弹一样精确的药物投送系统呢?

这就是我们这讲要解决的问题,这个难题的解决,需要我们在原理上深刻理解癌症,特别是癌症和正常身体组织的区别。

三、肿瘤细胞的“豆腐渣”血管

在上个世纪八九十年代,人们发现癌症组织周围的血管系统可以被利用,人体的血管系统是一套由上千亿根血管组成的、接近10万公里总长度的超级工程。

你可能不知道,癌细胞周围的血管是不折不扣的“豆腐渣”工程。这是怎么回事呢?

血管担负着传送氧气、运输营养、排泄废物的职责,所以身体所有器官和组织周围都缠绕着密密麻麻的血管,肿瘤组织当然也不例外。

癌细胞周围密集的血管分布癌细胞周围密集的血管分布

因为癌细胞的生长繁殖非常旺盛,它们对氧气和营养的需求也特别的高。所以,在肿瘤生长的时候,还会同时释放一些促进血管生长的信号,让更多的血管延伸到肿瘤里去,帮它运输养分和氧气,排泄废物。

但是,这些新长出来的血管长得太快太多,质量就不怎么好。它们缝隙很大,有很多洞,血管里的颗粒很容易在这里出现泄漏的情况。

血管“豆腐渣”这个特性被科学家们敏锐地抓住了。他们给这个特性起了个名字,叫做“增强型渗透和滞留效应”,也叫EPR效应。

ERP效应示意图ERP效应示意图

这个效应很特别。大家发现,尺寸在一两百个纳米范围内的微型颗粒,EPR效应最明显。这些颗粒因为太大,在正常的、质量很好的血管里不会泄漏,只有在肿瘤附近的豆腐渣血管容易泄漏和滞留。

所以,如果把癌症药物包在一两百纳米尺寸的微型颗粒内部,就能让它们在肿瘤附近泄漏出来,更精确地把药物投送到肿瘤附近。这就是近20年始终处于癌症研究前沿的纳米药物的概念。

四、纳米药物的诞生

在1995年,美国药监局就批准了第一个癌症纳米药物多喜(Doxil)。在之后的20多年里,先后有几十个癌症纳米药物已经上市或者进入临床试验。它们的基本原理都是利用肿瘤血管豆腐渣的特点,来精确地找到癌细胞。

这么说, 我们是不是已经研究出导弹级别的药物投送系统了呢?不好意思,还差得远呢。相比导弹,纳米药物的投送精确度最多也就是炮弹的水平。能朝某一个方向打,但是具体能不能打得准就不好说了。

第一个癌症纳米药物—多喜第一个癌症纳米药物—多喜

这主要的原因是,纳米药物投送系统的原理是被动的。纳米药物并不是自己主动找到肿瘤的,而是因为肿瘤附近的血管有很多漏洞才被动地被泄漏出去的。

有研究证明,纳米药物其实只有不到1%能被聚集在肿瘤附近。尽管这个数字已经比常规的药物高5-10倍了,但是仍然有99%的药物被浪费掉了。在整个药物投送的过程里,这些药物仍然可能误伤身体其他正常的组织和器官。

所以,想要让癌症药物的投送更加精确,我们需要找到癌细胞和其他组织之间更大的差异,最好能让癌症药物主动去搜索肿瘤。

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