BMEF| 声动力疗法:探索微泡与纳米声敏剂的创新医疗前沿

学术   科学   2024-11-01 16:13   江苏  

Review | Open Access

Volume 5 | Article ID 0067 |

https://spj.science.org/doi/10.34133/bmef.0067

近日,扬州大学吴晓歌副教授南京大学屠娟教授Science合作刊BMEF (BME Frontiers) 上发表题为“What Is the Magical Cavitation Bubble: A Holistic Perspective to Trigger Advanced Bubbles, Nano-Sonocatalysts, and Cellular Sonosensitizers”的综述文章。
超声作为一种安全、非侵入性且方便的能量传递方式,在传播过程中能量损耗极低,因此在物理、医学和生物工程等多个交叉学科领域引起了广泛关注。其独特的特性使得超声在医学诊断和治疗中扮演着重要的角色。声动力疗法(Sonodynamic Therapy,SDT作为超声治疗的一种新兴形式,正逐渐展现出其在治疗癌症和其他疾病中的巨大潜力。
声动力疗法的基本原理是利用超声波刺激声敏剂,从而激活空化活性,促进活性氧(ROS)的产生,进而诱导有害细胞如肿瘤细胞和细菌)的消亡。为了提高声敏剂的ROS产生能力,研究者们已经开发出了多种类型的声敏剂 (图1),包括气泡、有机声敏剂、无机材料、有机-无机杂化物以及细胞声敏剂等。每种声敏剂都有其独特的优势和局限性,因此选择合适的声敏剂对于SDT的成功至关重要。

图1. 声敏剂结构、激活机制及其应用的概述。

微泡作为声敏剂,因其具有超声成像能力和良好的超声响应性能,在SDT中具有广泛的应用前景。微泡的壳结构可以通过人工改性来提高其稳定性和药物装载能力,从而提高SDT的疗效。然而,微泡壳结构的稳定性与声学响应性能之间存在一定的权衡,过于稳定的壳结构可能会削弱微泡的声学响应性能,从而限制超声控制的药物递送。因此,如何优化微泡的壳结构,使其在保持稳定性的同时,仍具有良好的声学响应性能,是SDT研究中的一个重要课题 (图2)

图2. 多功能气泡对超声的预期响应示意图。它是空化介导的生物效应的重要理论基础。

除了微泡,研究者们还探索了其他类型的声敏剂,如有机声敏剂、无机声敏剂以及金属-有机杂化系统声敏剂等。有机声敏剂具有优异的声动力效应,而无机声敏剂则具有稳定的化学结构和可控的ROS生成率。然而,这些声敏剂的稳定性和生物相容性相对较低,这在一定程度上限制了SDT的发展。为了克服这一局限性,研究者们正在探索新的材料和方法,以提高声敏剂的稳定性和生物相容性。其中,细胞声敏剂作为一种新型的声敏剂,结合了气泡对比剂和材料声敏剂的优势,为SDT的发展提供了新的思路。通过细胞表面修饰工程,可以制备出具有免疫逃逸、药物装载、气体携带和声敏感性等功能的细胞声敏剂。然而,细胞声敏剂的声学特性、ROS生成能力和临床应用等方面仍需进一步研究。

必须指出的是,在SDT的发展过程中,安全性问题始终是研究者们关注的焦点。尽管声敏剂在癌症治疗中具有巨大的潜力,但对其长期安全性和潜在副作用的研究相对较少。因此,在开发和实施SDT时,必须充分考虑声敏剂的安全性。通过对毒性、药代动力学、免疫原性和局部效应的详细研究,可以确保对这些制剂的全面理解。同时,建立完善的随访方案和治疗后的监测,可以在最大化治疗效益的同时最小化风险。

随着声敏剂领域的不断发展,研究者们正在不断探索新的材料和治疗方法。例如,开发新型声敏剂,探索声敏剂与其他治疗手段的结合,进行更深入的机制研究,以及加强临床前和临床研究等。这些努力将为SDT在医学治疗中的应用奠定坚实的基础。


作者介绍

吴晓歌,副教授,博士毕业于英国考文垂大学超声化学中心,并在韩国浦项科技大学从事博士后研究。回国后就职于扬州大学环境学院,现为 Ultrasonic Sonochemistry执行编辑(Acoustics and Ultrasonics小类排名第一),中国声学学会功率超声分会第十届委员。

屠娟,南京大学物理学院教授、博士生导师、科学与工程系系主任,兼任中国声学学会常务理事、美国声学学会会士、IEEE医学超声技术委员会委员、国际学术期刊J. Acoust. Soc. Am.,Ultrasonics副主编以及民盟南大委员会秘书长。

原文链接:



https://spj.science.org/doi/10.34133/bmef.0067

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