俄罗斯科学家用替代材料取代金纳米粒子，用于激光癌症治疗
俄罗斯研究人员找到了一种方法，用更便宜的替代品取代光热癌症治疗中使用的昂贵金纳米粒子。这将使安全摧毁因靠近重要器官而无法手术的肿瘤成为可能。
无金疗法：俄罗斯物理学家如何让癌症治疗更精准、更经济、更安全
引言
想象一下，一个肿瘤长入视神经或缠绕颈动脉。外科医生无法在不使患者失明或引发中风的情况下切除它。化疗不加区分地攻击整个身体，不区分健康细胞和病变细胞。在这种情况下，医学转向光热疗法——一种将纳米粒子注入肿瘤的方法，这些粒子在激光照射下升温，从内部直接烧死癌细胞。这听起来像科幻小说，但这种方法已在临床中使用。问题在于，直到最近，“耗材”还是金和银——它们昂贵，长期积累不安全，并且需要复杂的化学处理。来自彼尔姆理工大学和莫斯科高级研究中心的俄罗斯科学家，与阿联酋和法国的同事一起，找到了解决方案：他们用二硒化钨和二硒化钯制造了纳米粒子，这些粒子比金纳米粒子更便宜、更安全、更有效。
事件详情与时间线
这项发表在《应用表面科学》期刊上的研究，是国际合作的成果，汇集了来自俄罗斯、阿联酋和法国的物理学家、化学家和材料科学家。该项目的关键角色是彼尔姆国家研究理工大学（PNRPU）普通物理系的物理数学博士亚历山大·苏伊教授。
科学家们首次在世界上使用超短激光脉冲合成了过渡金属二硫族化物——二硒化钨和二硒化钯——的球形纳米粒子。用于合成的闪光持续时间以飞秒（十亿分之一秒的百万分之一）计量。关键在于，合成方法是“清洁的”：纳米粒子直接在水中形成，无需添加通常用于防止粒子聚集的有毒稳定剂。它们自身的电荷使球体保持分离，而它们完美的圆形形状使它们能够安全地在血液中循环并穿透肿瘤渗漏的血管壁。
结果令人印象深刻。红外辐射转化为热能的效率，钨基粒子达到71%，钯基粒子达到81%。但主要发现不在于效率数字，而在于发现的“开关”效应。两种非常相似的材料在激光照射下表现出根本不同的行为。二硒化钨严格在一个波长（770 nm）下加热——如果激光失谐，加热几乎停止。而二硒化钯在650至950 nm的宽范围内同样有效地吸收光。这给了医生前所未有的选择：对靠近神经和血管的肿瘤进行精准加热，或对大型肿瘤进行宽范围加热——所有这些都在同一个技术平台上实现。
影响与意义
这一发展的意义远远超出实验室出版物。它同时攻击了数十年来阻碍光热疗法普及的三个关键限制。
成本。 现代光热疗法纳米粒子主要由金制成。金纳米棒市场在2024年估计约为1.859亿美元，并以每年约10%的速度增长，很大程度上归功于肿瘤学应用。金纳米壳成本约为每克200美元，年产量约为300公斤。钨是一种工业金属，用于白炽灯；钯比金便宜。用更便宜的化合物替代贵金属可以大幅降低治疗疗程的成本，目前每个疗程高达数千美元。
毒性。 金在块状时是惰性的，但纳米粒子形式会随时间氧化并释放离子，积累在肝脏和脾脏中。更糟的是——为了防止纳米粒子在溶液中结块，它们被涂上稳定剂，其中许多对细胞有毒。银的氧化比金更活跃。新纳米粒子在纯水中合成，无需任何额外试剂——涂层毒性问题完全消除。
可控性。 金仅从表面加热，因此工程师必须赋予粒子复杂形状——星形、尖刺、棒状。这使生产复杂化并增加成本。新材料在整个体积内加热，这不仅提高了效率，还使粒子在技术上更简单。而仅通过选择不同材料在精准和宽范围加热之间切换的能力，是一种金原型完全无法提供的新特性。
对于肿瘤学而言，实际意义在于，目前被认为无法手术的肿瘤——那些已长入重要结构的肿瘤——现在有了在不损伤周围组织的情况下进行治疗的实际机会。对于医学纳米技术市场，这意味着出现了金导向供应链的替代方案，而该供应链目前由有限的贵金属生产商控制。
关键参与者的反应
关于这一发展的信息通过俄罗斯教育与科学部的新闻服务正式发布，并被俄罗斯主要媒体——国际文传电讯社、论据与事实报、Gazeta.Ru、科学俄罗斯——转载。在同行评审的国际期刊《应用表面科学》上发表，确保了结果在全球科学界的合法性。
亚历山大·苏伊教授本人在对媒体的评论中强调了该方法的关键优势：“这是相对于金和银粒子的巨大优势，后者必须涂上有毒物质以防止它们粘在一起。而球形形状的选择并非偶然：与尖锐碎片或扁平薄片不同，球体在血液中安全旅行，并轻松穿透肿瘤而不损伤健康组织。”
国际合著——来自阿联酋和法国的研究人员——进一步增强了结果的可信度。这种合作降低了该发展仅被视为本地项目的风险，并为在不同司法管辖区进行进一步联合临床试验打开了大门。
同时，值得注意的是，对激光合成纳米粒子用于生物医学的兴趣并非孤立。在莫斯科工程物理学院（MEPhI），也在进行利用飞秒激光创建用于MRI和CT诊断的“超对比”纳米粒子以及用于放射治疗的放射增敏剂的工作。一个俄罗斯科学学派拥有强大能力的完整方向正在形成。
预测与结论
该发展仍处于实验室研究阶段，这一点需要强调。在临床应用之前还有很长的路要走：动物临床前试验，然后是人体临床试验阶段，以及获得监管批准。经验表明，即使在乐观情况下，这一过程也需要5到10年。
然而，方向已经明确。光热疗法正在从一种小众、昂贵的手术开始向大众可及性迈进。当用一次激光闪光在水中合成的工业材料替代金（其价格波动且需求增长，市场每年增长10%）时，经济方程发生了巨大变化。
发现的“开关”效应——仅通过更换材料改变加热类型——似乎特别有前景。未来，这可能导致创建一整套具有预定光学特性的纳米粒子，针对特定解剖情况进行定制——真正意义上的个性化纳米医学。
主要挑战是规模化。飞秒激光合成产生实验室质量的理想粒子，但该技术能否以保持低成本的方式生产出临床实践所需数量的粒子，仍是一个悬而未决的问题。尽管如此，国际团队和在高级别期刊上的发表使人们有理由相信，该项目将获得回答这个问题所需的资源。
俄罗斯科学再次在结合物理学、材料科学和医学的领域留下了印记，并提出了一种解决方案，可以使癌症治疗不仅更有效，而且对全球患者来说更加经济实惠。
— Editorial Team
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