“隔空取物”新技术,有望实现肿瘤靶向治疗
央广网
2023-06-07 18:11:25
0次

原标题:“隔空取物”新技术,有望实现肿瘤靶向治疗

央广网北京6月7日消息 “隔空取物”一直以来是人类的梦想,这种科幻超能力现被超声科技实现并可望用于治病救人。

6月6日,中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称“深圳先进院”)郑海荣研究员团队开发出一种相控阵全息声镊操控技术,在生物体及血流中成功实现了对含气囊细菌群的无创精准操控和高效富集,在动物模型中实现了肿瘤靶向治疗应用。相关成果发表于《自然—通讯》。该研究中,深圳先进院为论文唯一通讯单位。

据了解,该相控阵全息声镊系统基于高密度面阵列换能器产生可调谐三维体声波,通过对空间声场在活体血管内等复杂环境中的时空精准调控,成功操控了含气囊细菌团簇,使其精准地移动到目标区域并发挥治疗功能,有望为肿瘤的靶向给药和细胞治疗等提供一种理想手段。

相控阵全息声镊系统及在体操控细胞聚集示意图 研究团队供图

声学手段操控细胞,在血管中“隔空取物”

光声电磁等物理手段被认为是实现“隔空取物”非接触操控物体的可能途径。例如,光镊(2018年诺贝尔物理学奖)操控技术便在微纳尺度颗粒操控上展示出精准优势,但其在不透明的生物体中穿透深度十分有限。另外,磁镊操控技术一般需要磁性颗粒的结合黏附,这使得细胞活性受限,影响治疗效果。

“相较而言,基于高频声波梯度声场设计的声镊在生物体系中具有作用力大、穿透性强、操控通量高和无需标记等独特优势。”论文通讯作者郑海荣表示,如果能运用声学的方法,不需要介入手段,就能像“隔空取物”般,将药物和治疗细胞精准运送到生物体病灶部位,将解决临床治疗的一大难题。

基于上述难题,郑海荣研究员带领深圳先进院医学成像团队经过十多年声操控技术积累,基于超声辐射力作用原理,利用高密度二维平面阵列和多通道可编程电子系统,结合三维声场调制、超声成像和时间反演算法,提出并构建了可编程相控阵全息声镊理论、技术和仪器体系,为生物体等复杂环境下的精准声操控奠定了基础。

团队分析了不同声学性质粒子的辐射力响应特性,开创性地利用时间反演矫正声波穿越非均匀介质中产生的畸变,并将超声成像与三维声操控相结合,实现了非透明非均匀介质中的自导航三维声镊,率先突破了复杂环境中声操控面临的瓶颈问题。团队继续在相控阵全息声镊领域深耕,推动了二维高密度超声阵列的微型化,融合显微成像,初步实现了细胞、微生物等的离体三维声操控验证,进一步结合基因编辑等技术,着力推动可编程相控阵全息声镊在各领域的关键应用。这一次,团队推动相控阵全息声镊高精度高通量操控技术取得了生物医学应用的突破,率先实现了在体声操控细菌对于实体肿瘤的靶向治疗。

论文同行评议专家表示,该研究在活体内实现了声操控基因工程菌,研究是在正常血流的血管中进行的,这是非常重要的一步,因为血流是一个极具挑战性的环境因素。他们在血管中成功声操控载泡细菌的事实,为其生物医学应用打开了大门,例如声学操控靶向给药。因此,该研究描述并介绍了声镊与靶向治疗技术的结合,将在未来几年被广泛研究和应用。

无形的“镊子”,实现肿瘤靶向治疗

生物体内环境极其复杂,受组织器官、骨骼、血管、血流等环境因素影响,在这样复杂的环境中,应该如何运用声学手段“抓住”能够产生治疗肿瘤效果的细菌,并使之发挥功效,实现“隔空取物”?

研究团队成员马腾研究员表示,生物体内复杂的环境因素,对声场的建立和超声的抗干扰性有着极大的挑战。从理论研究层面,研究团队提出了复杂声场环境中声辐射力离散表达与计算理论,解决了复杂声场的任意结构微粒受力量化表征的瓶颈问题,并探究了复杂环境中空间声场作用下操控目标的动力学行为。从工程研发层面,团队通过长期的技术探索与积累,攻克了高密度声镊换能器研发中声场设计和制造工艺等难题,成功研制了二维高密度超声换能器阵列,利用全息元素构建和时间复用的方法,结合多通道高精度时间反演超声激励,实现了强梯度声场生成和复杂声场的时空动态调控。

“通过二维高密度超声换能器阵列形成的强梯度声场,就像无形的‘镊子’,在病灶处建立起全息立体声场,控制细菌精准地按照预设路线,到达病灶部位。”马腾说道。

从生物医学应用层面,研究团队中严飞研究员等利用基因编辑技术,在细菌细胞中产生了亚微米气体囊泡,该气囊的存在显著提高了基因工程细菌的声学敏感性,使其可以在声场中被辐射力主导下聚集成团簇。特别地,通过构建动物模型,结合显微成像与相控阵全息声镊,克服复杂生物体组织结构和高速血流的影响,成功使这些细菌团簇能够逆流或按需流动到活小鼠的预设血管中,展示出了优异的时空操控精度。另外,高通量相控阵全息声镊操控技术可以显著提高肿瘤中工程细菌的聚集效率,结合细菌的肿瘤细胞毒性,可明显延缓肿瘤的生长,大幅延长荷瘤小鼠的存活时间。

郑海荣研究员表示,该研究证明了相控阵全息声镊仪器系统可以作为一种活体内非接触精准操控细胞的新工具。以相控阵全息声镊为手段,功能细胞及细胞球为载体,在免疫治疗,组织工程,靶向给药等方面都有令人兴奋的应用潜力,如声操控CAR-T、CAR-M细胞突破固体肿瘤屏障;干细胞、类器官在体定制化声组装;病灶处载药细胞的声聚集等,在超声治疗、超声给药及神经调控等方面具有重要转化价值。

相关内容

热门资讯

完善社保体系促农村消费潜能释放 扩大内需、提振消费,是当前推动我国经济高质量发展的关键着力点。7月30日召开的中共中央政治局会议强调...
江波龙于9月8日斥资4.48亿... 江波龙(09976)发布公告,于2026年9月8日斥资4.48亿元回购124.95万股A股。
刚刚,突破“心理防线”!全球美... 汇率再成全球变数! 9月8日早上,美元兑日元USD/JPY跌破153,刷新今年2月以来新低,日内跌幅...
原创 从... 前言 加拿大人的关税铁锤,9月8日凌晨准时砸了下来,这不是一场普通的贸易摩擦,而是北美大陆持续了几十...
韩国股市酝酿触底博弈:外资抛售... 韩国股市在经历极端的杠杆出清与外资集中抛售后,正迎来估值与技术面的双重拐点。KOSPI 200估值已...
4胜0负!中国女篮优势明显 波... 北京时间9月9日消息,中国女篮将在今晚的世界杯8强资格赛中对阵波多黎各女篮,获胜的球队将晋级女篮世界...
巨头创始人离婚,未签婚前协议,... 近日,运动休闲品牌lululemon(露露乐蒙)创始人奇普・威尔逊(Chip Wilson)的离婚消...
太重铸锻件分公司降本增效超20... 面对原材料价格持续攀升、贵重合金成本大幅上涨的严峻市场形势,太重集团铸锻件分公司摒弃粗放生产模式,深...
原创 中... 中东这把火烧得越来越旺,油价窜到快100美元一桶,看着新闻心里挺感慨的。二十多年前中国搞电车、砸光伏...
甲氧基PEG修饰多肽定制:从分... 甲氧基聚乙二醇(mPEG)修饰多肽是生物医药领域一项关键的药物改性技术。通过在多肽分子表面引入亲水性...
上海朱吉:做双眼皮前,先搞懂自... 在上海生活久了,你会发现这座城市对“精致”的要求格外高。不少朋友来做双眼皮面诊时,习惯性地掏出手机里...
9.09股市早8点丨关键:不是... 关键:不是双底就是双头! 股市早8点 老沙自媒体 2026年9月9日(周三) ▊美股三大指数收跌 ...
全球化产能布局稳步推进,中邮证... 9月8日,中邮证券研报指出, 亚香股份(301220.SZ)盈利阶段性承压,全球化产能布局稳步推进。...
福建福鼎遭强降雨,水产养殖户:... 编者按 养殖户提前加固鱼排抵御台风,却败给了始料未及的淡水倒灌。打捞不尽的死鱼、无法理赔的灾情、沉重...
美股收盘:三大指数集体收跌 算... 财联社9月9日讯(编辑 赵昊)周二(9月8日),美股三大指数集体走低,均连续两个交易日收跌。 截至收...
高层密集变动后,水井坊交出半年... 新华社旗下中经智库9月8日发布的智库报告显示,2026年上半年,白酒行业已全面进入“量价利齐跌”的深...
股市必读:贵阳银行新发布《贵阳... 截至2026年9月8日收盘,贵阳银行(601997)报收于5.61元,上涨1.26%,换手率1.36...
河南省卫生健康委召开专题会议 ... 9月3日,河南省卫生健康委召开医学科技创新工作专题会议,深入学习贯彻习近平总书记关于科技创新和卫生健...
原创 继... 标题:继母给我煮粥,她出去吃好的,离家出走多年,一双鞋让我回家心切。 在浩瀚的星座世界里,每个星座...
铜价再创新高,还能再涨吗? 今年有望突破1.5万美元/吨。 图片来源:界面图库 LME铜价再创历史新高。 伦敦金属交易所(L...