癌症治疗一直是世界性的医学难题,尽管医学水平随着科技的发展不断进步,但是在复杂的人体环境中对抗癌细胞,仍然存在很多未知领域。
由于肿瘤细胞是向四周浸润的,边界模糊,传统手术方式无法完全切除而又无法避免转移;放化疗法又是无区别杀伤,对身体存在副作用。如何精准找到癌细胞进行抑制,而又和正常细胞加以区分治疗成了一种僵局对立,亟待医学界去打破和解决。
肿瘤治疗新方式出现
而如今,这一现象有望被打破!在江苏省石墨烯创新中心名誉主任、江南石墨烯研究院名誉院长、烯旺新材料科技股份有限公司董事长冯冠平先生建议下,南京医科大学联合烯旺新材料科技股份有限公司等单位研发出将石墨烯柔性电子器件用作肿瘤治疗的新型远红外发生器,实验证明,其可有效抑制肿瘤生长并延长荷瘤裸鼠存活时间,未来有望应用于无创治疗肿瘤的联合策略。
这篇实验论文登上美国专业医疗研究杂志《Advanced Therapeutics》,实验论文显示:来自南京医科大学的两位博士,采用了一种烯旺科技独立知识产权的柔性石墨烯器件作为远红外发射源,在肿瘤治疗领域发现了一种新的无创治疗方式。
图为美国专业医疗研究杂志《Advanced Therapeutics》封面
研究发现:对比碳纤维器件,石墨烯柔性器件辐射的远红外具有更强的诱导肿瘤细胞凋亡的能力,可以显著抑制MDA-MB-231 乳腺癌细胞在裸鼠体内的恶性增殖及转移。
《Advanced Therapeutics》期刊,在国内被译作《先进医疗》,是老牌科研杂志社Wiley旗下专门发表尖端治疗研究的高水平刊物,由众多全球生物医学领域的国际知名专家作为执行顾问,涵盖多领域医疗关键主题,如无创治疗、靶向药物输送、细胞和基因疗法、个性化药物和药理学等,是肿瘤治疗领域的科技权威论坛。
图为MDA-MB-231 乳腺癌移植瘤实验:由图可见对比碳纤维器件,经由石墨烯器件辐射的远红外治疗后,对肿瘤增殖的抑制能力更强(图C~E,G-H),同时治疗副作用更小(图B,F)
石墨烯热疗背后的原理解析
负责此次实验研究的南京医科大学胡克博士和俞婷婷博士团队,采用了烯旺科技的纯石墨烯发热膜柔性石墨烯器件,率先开展该器件发射的远红外波在肿瘤治疗中的应用。那么这项研究背后有哪些隐藏的科技实力呢?
图为南京医科大学胡克博士
他们发现,通电后这种石墨烯柔性器件产生的辐射能量,主要集中在远红外波段,且其能量占比较高的主要特征峰落在人体及裸鼠的体表吸收谱(活体)的吸收窗口区域。而作为对照的碳纤维器件,其主要特征峰处于人体及裸鼠的体表吸收谱(活体)的吸收窗口区域以外,同时在活体吸收窗口所在的波段,石墨烯器件的发射谱与人体及裸鼠的吸收谱之间的相似度也远高于碳纤维器件的发射谱。
当石墨烯作为远红外热源时,石墨烯发射的远红外竟能有效抑制癌细胞生长、转移,促进癌细胞凋亡。而3D体外培养模型表明,较高的远红外穿透力是其具有较强促凋亡能力的原因之一。
因此,石墨烯热疗的原理是,石墨烯热疗产生的特殊远红外光谱特性跟人体的波普吸收特性十分接近,所以石墨烯热疗产生的特殊远红外让热量更好的传输入人体,避免了多余能量积聚带来的副作用。
对于烯旺科技在肿瘤领域的重大突破,河北省名中医、原保定市第一中医院主任中医师任慧雅教授评价道:“石墨烯柔性电子器件的创新研究及应用,为肿瘤患者开创性提供新的联合治疗手段,具有广阔的临床应用前景和推广价值,为肿瘤患者带来福音。”
石墨烯医疗的价值不容小觑,而这并不是烯旺科技石墨烯发热膜第一次展现出医疗功效。早在2019年4月烯旺科技即通过临床实验研究发现:通过石墨烯热疗可以明显缩小良性甲状腺结节的最大直径和最大横截面面积。这一基本原理是在对机体加热时,由于肿瘤组织自身的组织结构不健全,散热较正常组织慢,使肿瘤组织的温度较正常组织高出5~10 ℃,而恶性肿瘤细胞对高热敏感,热疗后肿瘤细胞被杀死或逐渐凋亡,而正常组织不受损失。
作为此次实验研究的基地,对于这种全新的无创肿瘤治疗方式,南京医科大学附属逸夫医院内分泌科主任、博导,中国医师协会内分泌分会委员刘煜认为:“该研究的切入点巧妙地结合了乳腺癌这种疾病本身的特点,有望以一种可穿戴设备的方式实现乳腺癌低副作用、无创的治疗。这种巧妙结合新材料特性和疾病临床特点的模式,更加有利于其后续转化为真正意义上的临床治疗手段,尤其在一些较为浅表肿瘤治疗方面具有可期的临床应用前景。”
凭借在石墨烯医疗领域的不断探索,烯旺科技联合国内领先的产学研及医疗机构,如深圳清华大学研究院、北京301医院、南京医科大学、广西中医药大学等机构开展了20多项医疗试验,先后在慢性腰腿痛、寒湿凝滞型痛经、关节炎等等疾病方面取得医疗成果。而基于此原理的石墨烯热垫仪(护腰、护膝、护肩)产品取得了国家二类医疗器械证书,成为国内首家获得医疗认证的石墨烯企业。
在美国东方康复中心开展的“石墨烯发热护腰(护膝)贴敷配合针刺治疗”的临床实验,也取得了惊人效果。不仅对慢性腰腿痛的愈显率高达87.8%,在实验中还发现,多个癌症患者使用石墨烯护腰(护膝),得到较好的临床效果,比如缓解疼痛、促进夜间睡眠,提高生命质量等。对提升癌症患者的低体温、增强免疫防御能力,有值得去深入研究的价值。
传统的癌症治疗手段,都存在一定程度上的弊端,比如手术创口引发癌症转移、放化疗的敌我不分而杀死正常细胞等等。
此次在石墨烯远红外波应用于无创肿瘤治疗实验中,即采用这种石墨烯温热疗法,依靠石墨烯柔性器件发射远红外渗透进体内,以一种纯物理治疗方式高温杀死或者抑制癌细胞增殖。在此次实验研究中,研究团队还发现这种治疗手段相较传统治疗手段,副作用很小。这也为传统的肿瘤治疗方式打开了全新思路,不仅可以做到无创治疗,减少患者痛苦,还能减少放化疗等方式对身体带来的副作用。
这次实验取得的重大突破,离不开石墨烯这种神奇的二维材料。烯旺科技这种纯石墨烯柔性器件取得医疗重大发现,为石墨烯行业带来了极大推动力。江苏省石墨烯创新中心主任、第六元素董事长瞿研博士在看过这篇研究成果论文后说到:“这篇工作的发表,是石墨烯在医疗器械方面尤其是癌症治疗和康复方面的一大突破,在石墨烯产业发展过程中具有里程碑式的意义。其对石墨烯产业发展的推动作用不亚于华为率先使用石墨烯散热膜。”
随着医学科技的不断发展,新材料的快速更新,传统肿瘤治疗手段的弊端亟需改变。医学界也在不断寻找着新的力量去改变这一现状。当弊端凸显,势必就有新的方式进行替代。高效能、无副作用的无创治疗策略的发展已成为肿瘤治疗重要的研究课题。
由此可见,这种柔性的纯石墨烯发热膜在肿瘤治疗领域取得的重大突破,在未来治疗肿瘤领域,将发挥着它更大的潜能!我们拭目以待!
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专家点评
1. 陈厚琦(美国伊利诺大学教授、美国芝加哥自然康复信息中心主任)
“对裸鼠的研究表明:基于石墨烯和基于碳纤维的器件所产生的远红外线,与裸鼠的组织之间存在组织吸收差异。石墨烯装置产生的远红外线辐射特性与裸鼠更为相似,可以很容易地形成更强的共振。石墨烯柔性电子器件被用作肿瘤治疗的新型远红外发生器,其高能量转化率和安全性将在生物医学应用中具有很大的优势。深入研究石墨烯远红外热疗效果之机制,将有助于远红外医学的发展,为解决肿瘤和癌症、造福社会作出贡献。”
2.任慧雅(保定市第一中医院,主任中医师,教授,河北省名中医,国家中医药管理局特聘中医文化科普巡讲专家):
“基于石墨烯柔性电子器件产生远红外线的新型无创肿瘤治疗策略,恶性肿瘤是由控制细胞生长增殖机制失常而引起的的疾病,目前治疗手段有手术切除、化疗、放疗、基因治疗、免疫治疗、物理治疗、传统中药治疗等。但是,所有这些方法在临床实践中都被发现具有局限性。石墨烯柔性电子器件产生的远红外线用于肿瘤治疗,实验结果表明,在相同输入功率下,与碳纤维器件相比石墨烯器件产生的远红外辐射能够更强地诱导MDA-MB-231乳腺癌细胞和PC3前列腺癌细胞发生凋亡,显著抑制MDA-MB-231细胞和LoVo结肠癌细胞形成单克隆的能力。由石墨烯器件产生的远红外辐射处理后的MDA-MB-231细胞和LoVo细胞显示出明显被削弱的转移和侵袭能力。另外, 除抑制肿瘤生长外,石墨烯器件产生的远红外线对肿瘤的治疗效果也表现为可以延长荷瘤裸鼠的存活时间。因此,石墨烯柔性电子器件的创新研究及应用,为肿瘤患者开创性提供新的联合治疗手段,具有广阔的临床应用前景和推广价值,为肿瘤患者带来福音。”
3.朱彦武(石墨烯资深研究专家、Scopus“青年科学之星”奖获得者、中国科学技术大学教授):
“这个工作表明,石墨烯中自由电子在电场驱动下运动、碰撞等过程产生的红外辐射,和金属或其他碳材料产生的辐射可能具有不同的特征,对石墨烯中电子行为的进一步研究可望展现更丰富的物理现象、衍生更多应用。”
4.刘煜(南京医科大学附属逸夫医院内分泌科主任,教授,博导,中华医学会糖尿病学分会委员,中国医师协会内分泌分会委员):
该研究的切入点巧妙地结合了乳腺癌这种疾病本身的特点,有望以一种可穿戴设备的方式实现乳腺癌低副作用、无创的治疗。这种巧妙结合新材料特性和疾病临床特点的模式,更加有利于其后续转化为真正意义上的临床治疗手段,尤其在一些较为浅表肿瘤治疗方面具有可期的临床应用前景。
5.沈美萍(江苏省人民医院普外科甲状腺外科主任,中国医师协会外科学分会甲状腺专业委员会委员,江苏省抗癌协会甲状腺专业委员会副主委):
光热治疗是继手术、放疗、化疗和免疫疗法之后又一重要的治疗肿瘤方法,有很大的发展潜力。体外和动物体内试验显示石墨烯器件作为特殊红外发射源其远红外波具有更强诱导肿瘤细胞凋亡能力,值得进一步研究探索和期待。
6.瞿研(江苏省石墨烯创新中心主任、第六元素科技董事长):
“这篇工作的发表,是石墨烯在医疗器械方面尤其是癌症治疗和康复方面的一大突破,在石墨烯产业发展过程中具有里程碑式的意义。其对石墨烯产业发展的推动作用不亚于华为率先使用石墨烯散热膜。”
7. 李芳莉(北京中医药大学深圳医院(龙岗区中医院)治未病科主任,深圳市优秀中医。现任世界中联体质研究专业委员会理事,广东省针灸学会美容和抗衰老专委会主委):
“恶性肿瘤在全球范围内早已成为常见多发病,是世界性严峻的健康问题之一。 近些年来纳米材料在癌症早期诊断和治疗等领域的应用越来越广泛,为医学诊断和治疗提供了有力的物质基础和技术支持。石墨烯及其衍生物也在生物医学领域的研究取得了进展。本研究表明,在肿瘤治疗方面,石墨烯柔性电子器件具有一定潜力。随着对石墨烯及其衍生物研究的不断深入,相信此为基础的肿瘤诊疗为肿瘤患者带来希望”
编辑：贺贺
