研究人员正在利用产气爆炸的细菌来摧毁癌细胞

将来，抗癌剂可能是一种带有特殊装备的强力气球的细胞，当放置在超声波束附近时，气球会爆裂，从而杀死周围的癌细胞。加州理工学院的研究人员一直在实验室中测试这个想法，并于本周在《自然纳米技术》杂志上发表了他们的最新研究成果。

这一过程的关键是生物学家称之为气囊的微小蛋白质气泡。一些细菌和原生生物具有按需产生这些结构的遗传能力：如果微生物希望浮到水面，它可以产生一些气囊，使其身体更具浮力并向上推。如果它想下沉，它可以弹出一些气囊并做相反的事情。

气囊确实很古老：一些科学家认为它们早在 30 亿年前就进化自地球的原始海洋。如今，在 21 世纪，科学家们巧妙地将气囊改造成自己的设备。他们已经能够通过基因工程改造微生物，使其进入人体，然后通过超声波机器（如怀孕期间使用的机器）检测出来。

但气泡还有其他作用。通常情况下，气泡破裂时，里面的气体会嘶嘶作响。但研究人员发现，通过用精细调谐的超声波驱动气体，他们可以迫使气泡不断增大——直到气泡本身也剧烈破裂，产生冲击波。

科学家将这一过程称为惯性空化，超声波清洁珠宝也正是利用了这一科学原理。这项研究的作者想知道，他们能否利用超声波膨胀的气泡产生的冲击波来对抗肿瘤。如果细胞能够通过基因改造产生气泡，那么它就可以变成一种强大的潜伏毒剂——随时可以被超声波激活。

参与这项研究的加州理工学院化学工程师米哈伊尔·夏皮罗 (Mikhail Shapiro) 说：“现在，细胞正在变成爆炸物。”

首先，研究人员必须测试气囊的爆炸能力。他们将气囊和一种常用于脑癌研究的胶质母细胞瘤细胞一起放入培养皿中。他们用超声波轰击培养皿后，短短几秒钟内，他们就看到了大面积破坏的迹象，这表明气囊是罪魁祸首。

[相关：下一代护肤品可能来自青蛙泡沫]

随后，研究人员在活体患癌小鼠身上测试了这一过程。研究人员植入了大肠杆菌，这种细菌容易在肿瘤中定植，研究人员对这种基因进行了修改，让微生物能够产生气泡。

“我们就像是搭便车，搭乘这些知道如何到达正确地点的细胞，”加州理工学院的博士后、本文第一作者 Avinoam Bar-Zion 说。

让细菌循环五天后，他们打开了超声波。到那时，研究人员发现这些细菌已经在肿瘤深处定居。超声波治疗近两周后，被破坏的肿瘤生长速度比未破坏的肿瘤慢三倍。接受气囊治疗的小鼠平均存活时间是同类小鼠的两倍多。

这并不是科学家第一次在人体内改造小气泡。数十年来，人们一直在测试一种大小与红细胞相当的微小气泡，这种气泡被恰当地称为微气泡，作为一种潜在的药物输送方式。这也不是科学家第一次考虑使用微生物作为进入人体的载体。研究人员已经测试了某些细菌输送药物的能力，这些药物可以治疗某些疾病，比如某些肠道疾病。但它们还远未获得 FDA 批准，一些科学家对整个想法仍持怀疑态度。

“几十年过去了，我还没有看到这一成果，”科罗拉多大学博尔德分校的生物医学工程师马克·博登 (Mark Borden) 表示，他并未参与这项研究。

加州理工学院的研究小组表示，他们的方法很独特。操作员可以用超声波机器控制他们的装置。因此，他们的疗法具有诱人的功能——至少在纸面上——可以从体外控制。

“它让你有能力在需要时开启治疗，然后尽可能多地暴露治疗，”博登说。“你可以正式地开启和关闭它，我认为这对治疗学来说非常罕见。”

此外，确保癌症治疗药物到达正确位置并不总是那么容易。但加州理工学院的研究小组利用了本来就倾向于进入癌细胞的微生物，从而完成了将气泡送到所需位置的工作。

夏皮罗说：“你可以让细胞成为运送剂，将它们运送到正确的地点，并让它们在正确的位置现场完成运送。”

当然，在实验室中进行这项研究是一项挑战；将其交到医生手中则完全是另一回事，研究人员还有很长的路要走。首先，他们需要确保将含有气囊的微生物注入人体不会触发免疫系统，也不会对肿瘤外的组织造成损害。因此，他们需要在啮齿动物、猪和非人类灵长类动物等动物身上进一步测试这种疗法。

但如果它确实有效，它将为对抗癌症威胁的工具箱增添新的内容。

“这是一项令人着迷的技术，我认为它有很大的潜力，”博登说。