【Nature子刊】好消息！一种微型光纤治疗装置即将上市，癌症免疫治疗将会迎来春天！

癌症免疫疗法是癌症治疗中最重要和最有前途的疗法之一，目前已被肿瘤学家用于治疗多种癌症患者，包括乳腺癌、宫颈癌、结肠癌、胃癌和皮肤癌。

化学工程系助理教授佟荣（音译）说：“然而，要想获得免疫疗法的真正成功，我们还需要跨越一个障碍，那就是：这种免疫检查点阻断抗体疗法有一个很大的缺点，它会导致严重的毒性和中等的患者反应率等副作用。目前的已有的药物输送方法中，没有一种策略能够在几周内持续调整药物剂量从而达到降低全身毒性或增加治疗反应的目的。为此，我们十分需要想一个前所未有的办法从而有效地改善这个问题，突破免疫治疗的这个局限。”

2015年，佟荣来到弗吉尼亚理工大学，同年贾晓婷（音译）助理教授加入布拉德利电子与计算机工程系。当两人见面时，他们便开始对各自的研究展开了一些有趣而深入的讨论：佟荣讲述他在药物输送和癌症免疫治疗方面的经验，而贾晓婷陈述的是在传感神经疾病的光纤领域的研究经验。

在他们商讨之后，佟和贾决定将他们多年的经验和思索集中起来，共同研制出对抗癌症的新策略，为了解决现有的免疫疗法的问题，他们决定一起研发一种微型光纤治疗设备，这种设备可以提供癌症免疫治疗抗体，同时测量肿瘤阻抗来监测治疗效果。

他们最初的研究团队的成员包括他们的第一批研究生：化学工程博士生秦艾林（预计今年秋天毕业)和姜山（2021年5月获得电气工程博士学位，目前在斯坦福大学担任博士后研究员）。随后，由佟指导的化学工程博士生张恩乔（Jang Eungyo）和牛立乾（音译）、免疫学专家、生物科学教授李利武（音译）加入了他们研发的队伍。

弗吉尼亚理工大学工程学院开发的微型纤维设备可以让癌症免疫治疗变得更有效

这组研究人员对他们发明的设备做了一个解释和概括：“我们研发了一种可植入的微型化设备，这种设备通过使用电极嵌入的光纤，具有持续数周的局部传递和测量能力。该装置通过结合局部免疫检查点阻断抗体传递和光动力疗法，我们已经能够在多种肿瘤模型中诱发持续的抗肿瘤免疫，使肿瘤完全缩小。我们的设备使用肿瘤阻抗测量来及时呈现治疗结果，并能够对输送的药物及其浓度进行修改，这促使该设备在不加重毒性的情况下，可用于按需进行有效的免疫疗法。”

贾解释说：“为了检测治愈的老鼠是否有对肿瘤的‘免疫记忆’，我们向治愈的老鼠注射肿瘤细胞，最后发现治愈的老鼠体内没有肿瘤再次生长。我们可以通过我们研制的这种微型纤维向肿瘤注入抗体，从而激活肿瘤细胞周围的T细胞；并通过吸收更多的T细胞到肿瘤床，从而进一步引发抗肿瘤免疫，这将最终产生强大而持久的抗肿瘤免疫，因为我们观察到在肿瘤和淋巴结中有累积的记忆T细胞。”

这幅图为用于测量肿瘤阻抗的带有嵌入电极的无涂层光纤的横截面图像。图A中的缩写：PC---(聚碳酸酯)塑料制成的；PVDF---聚乙二烯二氟化物。图B：在光纤表面涂覆疏水分子（如维他泊芬或罗丹明），并在光纤内部通道填充亲水性药物（如免疫检查点阻断抗体或异硫氰酸荧光素牛血清白蛋白）的程序。将获得的光纤与集成电路芯片组装到IMOD设备上。图C：IMOD与填充管和IC芯片的图像。图D：IMOD结合了光动力疗法、免疫检查点疗法和阻抗测量，从而允许监测治疗效果和调整抗体剂量，以产生持续的抗肿瘤免疫反应，同时最大限度地减少全身毒性。图E：包覆罗丹明B（红色）、负载异硫氰酸荧光素牛血清白蛋白（绿色）的光纤荧光成像。图F：IMOD植入C57BL/6小鼠皮下E0771肿瘤。图G：IMOD通过电连接器连接到Gamry恒电位器以进行阻抗测量。

至于他们为什么选择在这个装置中运用光动力疗法，他们也对此做出了让人信服的解释：“光纤在IMOD中传输光的能力让我们想到了使用比别的方法先进得多的光动力学疗法，这是一种经美国食品药品监督管理局批准的微创治疗方法。这种方法运用的是一种不活跃的光敏分子，即光敏剂，通过光照与氧发生反应，从而生成活性氧，这种活性氧对肿瘤细胞具有毒性和杀伤力。之前就有很多科学实验证实通过局部光动力疗法可以治疗小鼠肿瘤，这种疗法可以通过释放濒死肿瘤细胞的抗原和炎症细胞因子从而提高抗肿瘤免疫能力。之前就有科学家将免疫检查点阻断癌症疗法和光动力疗法联合，并且使用了各种光敏剂或者纳米颗粒，他们的实验结果证实这种联合治疗比单独治疗方法具有更高的抗肿瘤地疗效！值得注意的是，我们在进行光动力疗法治疗的小鼠中观察到治疗药物大大增强了肿瘤血管通透性，并已经被用于改善纳米颗粒和药物的瘤内的累积。”

这幅图陈述了光动力疗法对肿瘤内蛋白质保留的影响

佟说：“此外，我们团队研制的这个从局部到全身的治疗方法，与那些传统的仅仅使用全身的治疗方法有很大的不同。这种治疗方法还能在到达肿瘤之前避免毒性抗体的产生。通过我们的实验研究，我们清楚地发现：使用这种新设备测量肿瘤电信号（也就是肿瘤阻抗）可以达到非常快的速度，它也可以实时监测肿瘤的生长，这与传统的基于造影剂的肿瘤成像疗法有很大的不同。”

贾也针对这个实验陈述了他们的一个新发现：“当肿瘤生长时，阻抗读数相应增加；当肿瘤因抗体治疗而变小时，我们也发现肿瘤变小了。”

图中是肿瘤收缩与阻抗值降低之间的相关性（以浅绿色突出显示）

当佟和贾开始这各项目的规划与研制的时候，都是在弗吉尼亚理工大学任教的年轻热情的教师，他们对这个实验研究充满了信心，虽然他们起初并不是特别确定结果是否能满足他们的预期。佟在实验成功后说：“我们合作研发的这个装置为正在进行癌症免疫治疗的患者带来了帮助，这令我们非常高兴！同时，我们也鼓励工程学院的其他年轻教授联合起来，争取在生物医学工程领域创造新的可能！”

他们将这项研究成果发表在《Nature Communications》杂志一篇题目为“Implantable optical fibers for immunotherapeutics delivery and tumor impedance measurement”的文章中：

（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-11-miniature-optical-fiber-treatment-device.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。