近日，物理学院薛欣宇团队联合肿瘤精准放疗四川省重点实验室在Science Advances期刊上发表题为“Intratumoral Therapeutic Dust forChemo-Photodynamic Combination Treatment”的研究论文。其研制出一种超声无线驱动的、亚毫米尺度的“治疗微尘”，可在肿瘤内部同时进行光动力联合化疗治疗，五次5分钟的治疗即可使实体肿瘤体积减小97%，为深部恶性肿瘤的微创精准干预提供了新方法。物理学院为第一单位，物理学院博士生林睿和四川省肿瘤医院邹坪金博士为共同第一作者，物理学院薛欣宇教授、邢丽丽教授和四川省肿瘤医院陈梅华、王浩医生为共同通讯作者。
实体恶性肿瘤，尤其是位于深部或复杂解剖区域的肿瘤，常面临手术切除困难、全身化疗副作用明显以及局部治疗需要反复穿刺等问题。植入式无线治疗器件有望将光、电、热或药物等治疗作用直接施加于病灶，但现有装置往往体积较大，且部分系统采用含铅压电材料，限制了其在深部、狭小组织空间中的应用。针对上述问题，研究团队将治疗器件缩小至约1.0毫米×1.0毫米×0.9毫米，重量仅约6毫克，使其能够通过穿刺针注入肿瘤，并可在治疗完成后使用活检钳微创取出。由于器件尺寸接近一粒灰尘，团队将其命名为“治疗微尘”。
治疗微尘的设计与工作原理
在亚毫米尺度下实现稳定、高效的无线能量转换，是该研究需要解决的关键问题。研究团队以无铅钛酸钡陶瓷为基础，通过锡元素掺杂调控材料微结构，使其在人体生理温度范围内形成菱方相—正交相共存结构，提高极化响应并获得约460 pC/N的压电系数，避免了毒性铅元素的存在，且展现出可与传统含铅压电材料竞争的能量转换性能。
锡掺杂钛酸钡压电陶瓷
在体外超声作用下，器件中的压电陶瓷将超声转换为电能，驱动微LED发出660 nm红光，激活光敏剂并产生具有肿瘤杀伤作用的活性氧。同时超声控制释药单元释放阿霉素化疗药物。超声在生物组织中具有较好的穿透能力和空间定位能力，且具有较高的安全性。
超声无线驱动器件发光与释药
得益于亚毫米级尺寸，治疗微尘可预先装载于穿刺针内，在超声影像引导下经皮精准植入肿瘤内部。治疗过程中，体外超声可隔着组织无线激活器件，使其产生治疗光并按需释放药物。完成治疗后，医生可在影像引导下通过活检钳抓取并移除器件，实现从植入、治疗到取出的微创闭环，降低患者创伤和感染的风险。
微创植入治疗与取出
在动物模型中，治疗微尘植入在乳腺癌肿瘤内部，每隔一天实施一次5分钟超声治疗，共进行五次。结果显示，光动力联合化疗治疗组表现出最明显的肿瘤抑制作用：最终肿瘤体积降至对照组的3%以下，肿瘤重量减少约93%。治疗期间，实验动物体重保持稳定，血液学、生化指标和主要器官组织学检查未发现明显异常。局部释放的阿霉素与光动力治疗产生的活性氧共同引发DNA损伤和氧化应激，激活线粒体相关细胞凋亡通路。同时，该治疗促进树突状细胞和CD8⁺ T细胞浸润，改善肿瘤免疫微环境，从而形成直接杀伤肿瘤细胞与激活抗肿瘤免疫相结合的双重作用。
肿瘤治疗效果
作为可灵活扩展的微型治疗平台，治疗微尘可通过集成微电极、加热元件等模块，增加电刺激、热治疗等功能。未来，该技术也有望应用于非癌症疾病治疗场景，例如神经调控、组织修复及其他深部病灶的精准干预。
论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh5237
