光热治疗是利用光热转换效率高的材料，注入人体使其聚集在肿瘤组织中，在外部光源(一般为近红外光)的照射下，将光能转化为热能，从而杀死癌细胞。具有选择性高、全身毒副作用小、治疗时间短(约几分钟)、治疗效果明显的特点。
近年来，肿瘤的精确治疗正成为肿瘤临床治疗的趋势。随着研究人员的不断努力，光疗这种基于纳米医学的肿瘤治疗方法逐渐进入人们的视野。
中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所蔡林涛研究员与香港科技大学、香港中文大学(深圳)唐本忠教授合作，开发了新型AIE纳米气体给药系统，首次提出了基于一氧化碳气体抑制热休克蛋白的独特策略，为肿瘤的低温光热治疗提供了新思路。相关研究成果近日在线发表在国际期刊《德国应用化学》上。
探索低温光热治疗的新策略。
除了传统的手术、化疗、放疗“三轴”治疗肿瘤，如今针对肿瘤的靶向药物、介入治疗、免疫治疗等治疗手段也为医生提供了更多的选择。
“光热治疗也是近年来新兴的一种非侵入性、高靶向性的癌症治疗新方法。”天津大学生命科学学院教授王声介绍，这种疗法利用光热转换效率高的材料，注入人体使其聚集在肿瘤组织中，在外界光源(一般为近红外光)的照射下，将光能转化为热能，从而杀死癌细胞。
由于可以通过控制光照射位置和照射时间实现局部治疗，光疗选择性高，全身毒副作用小，治疗时间短(约几分钟)，治疗效果明显。
“然而，强激光会提高局部温度。如果组织温度高于60，蛋白质变性，细胞膜破坏，会瞬间造成细胞死亡。光热疗法在杀死肿瘤的同时，也会‘伤及无辜’，灼伤肿瘤附近的正常人体组织。降低治疗温度会影响治疗效果。”王声表示，如何在更低的温度下，尤其是42以下进行光热治疗，对未来癌症光疗的临床转化具有重要价值。
要解决这个问题，我们无能为力。
科学家发现，当生物体受到高温时，它会受到热量的刺激，合成一种蛋白质来保护自己。这种热应激蛋白被称为热休克蛋白。这种蛋白质广泛存在于细菌和哺乳动物中。
“在光热治疗过程中，如果抑制热休克蛋白的合成，就可以降低肿瘤细胞的耐热性，从而在相对较低的温度下达到杀死肿瘤细胞而不损伤正常组织细胞的目的，光热治疗就可以达到很好的疗效。”王声解释道。
抑制热休克蛋白合成通常是通过化学小分子抑制剂(如藤黄酸、17-AAG、JG-98等)来实现的。)或siRNA。
然而，大多数化学小分子抑制剂往往水溶性差，毒性高，而siRNA的递送效率往往较低且不稳定，这极大地限制了这些方法在低温光热治疗中的应用。
研究人员一直在寻找更有效的热休克蛋白抑制策略，以提高肿瘤低温光热治疗的效果。
光疗中加入气体疗法。
这一次，蔡林涛团队与唐本忠团队一起，开发了新的AIE纳米气体给药系统，并首次提出了基于一氧化碳气体抑制热休克蛋白的独特策略。
“目前，气体疗法也是肿瘤治疗中一种新的治疗策略，它利用一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、二氧化硫等气体在细胞、组织或生物的各种生理过程中发挥重要的调节作用。”王声介绍，这项研究首次利用气体调节热休克蛋白来增强肿瘤低温光热治疗的效果。
据介绍，本研究构建了一种由肿瘤微环境触发的AIE纳米气体给药系统，即“AIE纳米弹”。当“AIE纳米弹”在肿瘤微环境中遇到过表达的过氧化氢时，会迅速释放出一氧化碳气体。
王声介绍，“AIE纳米弹”是一种纳米杂化聚集体，由AIE高分子光热材料和羰基铁合成的新型两亲性治疗气体载体材料—— mge(CO)组装而成。在激光的激发下，这种聚集体可以发出强烈的近红外荧光，其光热转换效率高达38.1%。过氧化氢引发纳米杂化聚集体“爆炸”，在局部区域短时间内释放出大量一氧化碳气体。
结果表明，AIE纳米弹在光热治疗过程中释放的一氧化碳能有效抑制热休克蛋白的过度表达，提高肿瘤低温光热治疗的效果。同时，一氧化碳还能在一定程度上抑制肿瘤细胞的快速增殖。
“除了低温光热治疗策略的这一新突破，研究人员还在光热转换试剂和组合策略方面进行积极尝试。”例如，以王声为例，目前，研究人员在提高有机光热转换试剂的潜力方面取得了相当大的进展，包括增加肿瘤靶向性。
此外，有机光热转换试剂的开发也取得了良好的进展。研究人员发现，许多有机化合物，包括二酮吡咯并吡咯、可可碱、卟啉和聚合物，都能产生良好的光热效应。与广泛使用和研究的用于光热治疗的无机材料相比，有机光热转换试剂因其良好的生物降解性和易于被肾脏去除而脱颖而出。此外，有机光热转换试剂在重现性、可控性、制备性以及易于合成和修饰方面具有优势。
“我国在光热转换试剂材料开发方面有着深厚的研究基础，处于世界领先水平。”王声说。
2022年3月《先进功能材料》发表了南昌大学教授王宏明的成果，他设计合成了一种聚(乙烯)技术
乙二醇（PEG）链作为亲水锚的两亲性方酸菁（SQ）染料PSQ。在水溶液中，PSQ自发自组装成均匀的纳米球PSQ-NSs，具有强烈的近红外吸收、高淬灭荧光、良好的水溶性、生理稳定性和生物相容性等性质，光热转换效率达81.2%，显示出了可作为用于光热治疗的光热转换试剂的巨大潜力。中国科学技术大学化学与材料科学学院教授江俊课题组联合该校生命科学与医学部教授王育才课题组，发现了一种具有类金属电子结构的新型材料HMO，可实现对红外光的高效光吸收，能够极大地提升对肿瘤深层组织的光热治疗效果，同时减少副作用。2021年12月，相关研究成果发表于《先进功能材料》。
进入临床还需突破技术难点
“虽然科研人员在光热治疗方面取得了一定的成果，但目前光热疗法还处于基础研究和临床研究阶段，暂时还没有大规模应用于临床。”王生说，究其原因，主要是还有一些技术难点有待突破。
首先，激光的穿透深度有限，无法入射人体深层，因此只适用于部分浅表肿瘤，而对于身体内部的肿瘤则有些束手无策。
其次，在治疗温度的选择上，高温治疗（50℃以上）容易引起肿瘤周边正常组织损伤，而低温光热治疗（42℃—46℃）则易于因肿瘤细胞内热休克蛋白的表达而造成治疗效果不佳。
第三，在光热转换试剂材料的选择上，一些安全性高的有机小分子光热稳定性较差，而稳定性较高的纳米材料的潜在毒性还需要进一步研究。
“目前光热疗法主要应用在肿瘤治疗方面，另外也有部分研究显示光热疗法也可用于抗感染、肥胖治疗、血管病的治疗等。”王生介绍。
日前，温州医科大学教授王佰亮团队在《ACS纳米》上发表了最新研究，团队开发了一种温和的光热纳米治疗平台，该平台通过pH响应性吩噻嗪染料的自组装配制而成。这些具有高达84.5%的光热转换效率的有机纳米粒子，只需要超低光剂量即可在650纳米激光照射及pH5.5条件下实现有效的低温光热细菌抑制作用。
今年一项减肥“黑科技”也发表在《ACS纳米》上，来自新加坡南洋理工大学和英国剑桥大学的科研团队，进行了一项“透皮光热药物疗法重塑肥胖和代谢紊乱的脂肪组织”的研究。团队开发了一种含有硫化铜纳米颗粒的水凝胶，利用近红外光转换的热量来燃烧皮下脂肪。
