加州理工学院的研究团队开发了一种创新的癌症治疗方法，利用超声波在体内特定位置激活药物，从而实现精准靶向治疗，显著减少副作用并提高疗效。

化疗作为20世纪癌症治疗的主要手段，虽然取得了巨大成功，但其副作用令人困扰：脱发、恶心、免疫系统抑制、不孕及神经损伤等。这是因为化疗药物通过毒害癌细胞发挥作用，但由于癌细胞源自健康细胞且高度相似，很难在不损伤正常组织的情况下实现选择性杀伤。

靶向药物递送系统的突破

加州理工学院化学助理教授Maxwell Robb与化学工程和医学工程教授Mikhail Shapiro领导的团队合作，开发了一种全新的药物递送系统。该系统利用超声波激活药物，仅在身体最需要药物的部位释放药效。研究成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

研究团队将气体囊泡（某些细菌中发现的蛋白质空腔）与机械响应分子（在物理力作用下发生化学变化的分子）相结合。Shapiro实验室此前已将气体囊泡与超声波结合用于细胞成像和精确移动；Robb实验室则创造了在拉伸时变色或释放小分子（包括药物）的机械响应分子。在这项新工作中，他们设计了一种以超声波为触发信号的系统。

超声波激活的机械响应分子

“我们思考这个问题已经很久了，”Robb说，“它始于我刚到加州理工学院时，与Mikhail讨论超声波的机械效应。”他们发现，超声波可以直接激活机械响应分子，但所需强度过高，会损伤邻近组织。因此，需要一种方法将超声波能量集中到目标区域。Shapiro的气体囊泡技术提供了解决方案。

在先前工作中，Shapiro利用囊泡在超声波轰击下像铃铛一样振动的特性。而在本研究中，囊泡振动剧烈至破裂，从而集中超声波能量。这些囊泡相当于微型炸弹，其爆炸激活了机械响应分子。“通过超声波施加力通常依赖于非常强烈的条件，触发微小溶解气泡的内爆，”研究合著者Molly McFadden说，“这些囊泡对超声波具有增强的敏感性。使用它们，我们发现在更弱的超声波下也能实现相同的机械响应分子激活。”

未来潜力与意义

Shapiro实验室的博士后研究员Yuxing Yao指出，这是聚焦超声波首次在生物环境中控制特定的化学反应。“以前，超声波被用来破坏或移动事物，”Yao说，“但现在，它为我们利用机械化学开辟了新路径。”目前，该平台仅在实验室条件下测试，未来计划在活体生物中进行验证。

参考文献： Yuxing Yao, et al. “Remote control of mechanochemical reactions under physiological conditions using biocompatible focused ultrasound”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 19 September 2023. DOI: 10.1073/pnas.2309822120.