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癌症袭来何可奈 激光技术承厚望

10月29日,李咏妻子哈文发文称丈夫李咏去世。她原文写道:“在美国,经过17个月的抗癌治疗,2018年10月25日凌晨5点20分,永失我爱……”这是一条令人痛心的消息,癌症这一人类公敌又一次成为公众焦点。对于癌症,即便医疗水平越来越发达,也还没能完全攻克,当下对付癌症更多的也是“预防为主”。


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但癌症总有一天能够克服,在这条路上,激光技术被寄予厚望,近年来也取得了一定进展。
在当下主流的癌症治疗方法中,化疗、放疗以及手术不仅费用昂贵,还会造成免疫系统功能退化,且不适用于所用癌症患者。因此,更多的治疗手段将逐渐被开发出来。目前,激光技术在癌症治疗中主要包括三个方面:成像诊断、辅助治疗、直接治疗。OFweek激光网将从这三个方面梳理激光技术在癌症研究方面的进展。


成像诊断
激光在癌症上的成像诊断,可以精确地锁定癌细胞,对后续选用治疗方案提供有效参考。


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子级联激光器缩短分析时间
红外成像是一种可靠的细胞组织分类方法。目前常用的方法是傅立叶红外光谱仪(FTIR)显微镜技术,但这种技术分析所需的时间过长,妨碍了临床环境中红外成像的使用。
今年5月,来自德国波鸿鲁尔大学(RUB)的一个研究小组部署了一台带有量子级联激光器(QCL)的红外显微镜,用QCL技术取代了FT技术。通过使用QCL简化测量设置,该团队将分析所需的时间从一天缩短到了几分钟。加之生物信息图像分析,基于QCL的红外显微镜可以执行无标签癌症组织分类,并可以实现完全自动化。

与FTIR显微镜相比,基于QCL的红外显微镜允许使用单一频率。因此,在非常短的测量时间内,可以获得目标区域的概览图像,然后可以对其进行详细分析。该团队使用基于QCL的红外成像分析了从结肠直肠癌患者取得的110个细胞组织样本。与被认为是常规临床诊断中的黄金标准的组织病理学相比,这种无标记方法的结果显示了96%的灵敏度和100%的特异性。

太赫兹频谱:癌症诊疗新进展
太赫兹(THz)位于电磁波谱的微波和红外区域之间,频率范围在0.3~3x1012Hz,为生物细胞的内部探视提供独特视角,并提供了一种非电离式的癌症成像方法。随着实验室太赫兹光源和敏感探测器的引入,太赫兹技术对临床应用将产生重大影响。


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在今年8月召开的“Towards the THz Imaging of Cancer”(迈向癌症诊断的太赫兹成像技术)会议汇集了研究人员、临床医生和业内人士,探讨如何将太赫兹成像转变为有效的临床工具。

大会上,伦敦帝国理工学院的Norbert Klein表示,太赫兹和微波频段的测量对细胞的水含量敏感,无需标记即可快速获取细胞表征。华威大学的Emma Pickwell-MacPherson则致力于研究体内太赫兹成像,她表示,利用太赫兹成像可以发现糖尿病患者和对照组之间组织水含量的差异;也可以对瘢痕愈合的细微组织变化进行成像监测;此外,太赫兹技术还可以检测正常组织和癌组织之间的差异。然而,由于需要控制大量变量,体内检测具有挑战性。


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▲利物浦大学 Peter Weightman教授


在小组讨论中,发言者们探讨了太赫兹成像的未来潜力。他们认为,要让太赫兹技术应用于医疗保健行业,需要在一些实际问题上与现有技术竞争,例如癌症管理,任何可以检测早期疾病的东西都非常重要。另外可能是在手术期间淋巴结的快速评估。也许太赫兹甚至可以癌症治疗,选择性的光热和破坏癌细胞。利物浦大学物理学教授Peter Weightman指出,区分癌症和非癌症并不困难,组织学可以做到这一点,更具挑战性的是确定组织是否会发生癌变,病变是否会恶化。


辅助治疗
辅助治疗,指的是激光技术作为一种协助手段,配合其他药物或医疗技术共同对癌细胞发生作用的治疗方法,例如激光微创、光动力疗法等。

激光微创技术
今年5月,美国普渡大学的研究团队开发出了一种微创技术,可以帮助医生更好地发现和治疗癌细胞、组织和肿瘤,而不会对附近的健康细胞造成影响。这一方法被称为PLASMAT,通过将冷常压等离子体(CAP)与电穿孔和/或光穿孔结合,以消灭癌细胞而不损害附近的健康细胞。


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CAP是一种近乎室温的电离气体,能将活性氧或氮物质引入癌细胞、组织或肿瘤。随后使用电场或激光切开细胞膜以方便上述活性氧或氮物质的进入。一旦活性物质数量达到临界水平,就会导致癌细胞凋亡(死亡)。附近的健康细胞要么不受影响,要么受到的影响最小,轻松就能恢复到正常水平。该方法在实验室中已被证明对几种类型的癌细胞和癌细胞系有效,包括乳腺癌、口腔癌/宫颈癌和前列腺癌等。

PLASMAT开发者之一的Prasoon Diwakar表示:“相比其他治疗方法,使用了这三种技术的组合方法,消灭癌症细胞的效果提升了70%到90%。”此外,PLASMAT不会在治疗过程中将化学物质引入体内,并且比化疗或放疗更便宜。该技术比传统的癌症治疗方法移动性更高,因为所需的设备尺寸很小,并且在大多数医疗环境中都很容易获得。

光动力疗法
光动力疗法(Photodynamic Therapy,PDT)是用光敏药物和激光活化治疗肿瘤疾病的一种新方法,是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光化学反应。与传统肿瘤疗法相比,PDT的优势在于能够精确进行有效的治疗,无创伤,副作用小。


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今年8月,韩国科学技术研究院的一组研究人员开发了一种近红外光动力疗法,有效地弥补了当前PDT技术的缺陷。他们开发了一种名为线粒体靶向光动力治疗剂(MitDt)的光敏剂,能最大限度地发挥PDT效应,同时减少不必要的副作用。因为线粒体在新陈代谢中发挥重要的作用,且具有较高的跨膜电位,因此将线粒体作为靶点,以最大限度地发挥光敏剂的作用。

根据该研究小组的研究,当线粒体被激光照射后,会产生活性氧(ROS)并立即失去线粒体膜电位,进而引发细胞凋亡。因此,将PDT试剂与线粒体靶向剂相结合,可造成肿瘤细胞的迅速损伤,提高了治疗效果,并减少了不必要的副作用。为了应用线粒体靶向光敏剂,研究小组开发了近红外区PDT试剂,由于近红外激光具有渗透性,该制剂可用于治疗深层组织恶性肿瘤。同时也降低了光散射,获得更高的治疗效果。

然而,用近红外激光照射时正常细胞产生的单态氧也是个棘手的问题。为了解决这个问题,研究小组开发了一种新的光敏剂,它结合了功能化的近红外染料和线粒体靶向剂,可在完成治疗后快速清除细胞器,并长期存留在癌线粒体中,以增加激光照射到靶部位的活性氧数量。为了验证治疗效果,研究小组将MitDt注入荷瘤小鼠体内。用波长为762nm的近红外激光照射它们来诱导癌症治疗,最终将其肿瘤区域降低原来的三分之一。


直接治疗
直接治疗,实际上指的是利用激光的精确性以代替标准手术工具(手术刀)。
这种方法是通过把能量比较高的激光束照射到组织上,使组织温度升高而发生汽化。


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对位于人体表面的癌肿瘤可以直接用激光加热汽化掉。而对于体积比较大的肿瘤,或者是长在人体内部的大肿瘤,则须先用激光束的能量加热烧结在它周围的血管,使癌组织与周围组织“断绝流通”,以减少癌细胞扩散转移的机会,然后激光切除癌组织。目前,CO2激光和氩激光可以用来切除表面癌,Nd:YAG激光可配合内窥镜来治疗子宫、食管、结肠等内部器官的癌变。

激光比标准手术工具更精确,对正常组织伤害小,因此对患者造成的疼痛、出血、肿胀和瘢痕形成较少。


总结

尽管激光技术取得诸多进展,但在临床上仅有个别成功案例,还未能广泛推广。在未来针对癌症的研究道路中,激光技术有望取得更大的突破和应用。而在目前面对癌症这一人类公敌,还是只能以预防为主,大家要保持健康的生活习惯。

(本文转自:OFweek激光)


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