药物输送平台利用充气蛋白质纳米结构并使用声音进行靶向

化疗作为癌症治疗方法是20世纪医学上最成功的案例之一，但它还远非完美。任何接受过化疗或有朋友或亲人经历过化疗的人都会熟悉化疗的许多副作用：脱发、恶心、免疫系统减弱，甚至不孕和神经损伤。

这是因为化疗药物有毒。它们的目的是通过毒害癌细胞来杀死癌细胞，但由于癌细胞源自健康细胞并且与它们基本相似，因此很难研制出一种既能杀死癌细胞又不会伤害健康组织的药物。

但现在加州理工学院的两个研究团队已经创建了一种全新的药物输送系统，他们说这种系统最终可能使医生能够以更有针对性的方式治疗癌症。该系统使用超声波激活的药物，并且只在体内需要的地方激活。

该系统是由化学助理教授MaxwellRobb和化学工程与医学工程MaxDelbrück教授兼霍华德休斯医学研究所研究员MikhailShapiro的实验室开发的。

在《美国国家科学院院刊》杂志上发表的一篇论文中，研究人员展示了他们如何结合每个专业的元素来创建该平台。该论文的标题是“使用生物相容性聚焦超声远程控制生理条件下的机械化学反应”。

两个研究小组通力合作，将气体囊泡(在某些细菌中发现的充满空气的蛋白质胶囊)和机械载体(在受到物理力时发生化学变化的分子)结合起来。夏皮罗的实验室此前曾使用气泡与超声波相结合来对单个细胞进行成像并精确地移动细胞。

罗布的实验室则创造了在拉伸时会改变颜色的机械载体，使其可用于检测结构中的应变，以及其他可以响应机械刺激而释放较小分子(包括药物)的机械载体。在这项新工作中，他们设计了一种使用超声波作为刺激的方法。

“我们已经考虑这个问题很长时间了，”罗布说。“当我第一次来到加州理工学院时，米哈伊尔就开始讨论超声波的机械效应。”

当他们开始研究机械载体和超声波的组合时，他们发现了一个问题：超声波可以激活机械载体，但强度必须太强，否则会损坏邻近的组织。研究人员需要的是一种将超声波能量集中在他们想要的地方的方法。事实证明，夏皮罗的气体囊泡技术提供了解决方案。

在他之前的工作中，夏皮罗利用了囊泡在受到超声波轰击时像钟声一样振动或“响”的倾向。然而，在目前的研究中，囊泡受到剧烈撞击而破裂，从而集中了超声波能量。这些囊泡实际上变成了微小的炸弹，其爆炸会激活机械载体。

“通过超声波施加力通常依赖于非常强烈的条件，这些条件会引发微小溶解气泡的内爆，”研究合著者莫莉·麦克法登博士说。“它们的塌陷是激活机械力团的机械力的来源。囊泡对超声波具有更高的敏感性。利用它们，我们发现在较弱的超声波下也可以实现相同的机械力团激活。”

夏皮罗实验室的博士后学者姚宇兴表示，这是聚焦超声波首次能够控制生物环境中的特定化学反应。

“以前超声波被用来破坏物体或移动物体，”姚说。“但现在它利用机械化学为我们开辟了这条新道路。”

到目前为止，该平台仅在受控实验室条件下进行了测试，但未来研究人员计划在活体生物体中对其进行测试。