有一天，一种抗癌药物可能是一种带有特制强力气球的细胞，这些气球在靠近超声波束时会爆裂，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一想法，本周他们在《自然·纳米技术》杂志上发表了他们最新的研究成果。
这项操作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拥有按需生成这些结构的基因能力：如果微生物想浮上水面，它可以生成几个气囊，使其身体更具浮力，并向上推。如果它想下沉，它可以引爆几个气囊，做相反的事情。
气囊确实很古老：一些科学家认为它们早在三十亿年前就在地球的原始海洋中进化了。现在，在21世纪，科学家们巧妙地将气囊重新用于自己的目的。他们已经能够通过基因工程改造微生物，使其能够进入人体，在那里，它们可以通过超声波机被检测到，就像怀孕期间使用的那种机器一样。
但气囊还有其他功能。通常情况下，当气囊爆裂时，里面的气体就会嘶嘶作响地消散。但是，通过精细调节的超声波驱动气体，研究人员发现他们可以迫使气泡不断膨胀，直到气泡本身也爆裂，产生冲击波。
科学家称这一过程为惯性空化，这与超声波清洗珠宝的原理相同。该研究的作者想知道他们是否可以将这些由超声波充气气泡产生的冲击波用于对抗肿瘤。如果一个细胞可以通过基因工程来产生气囊，那么它就可以变成一个强有力的休眠剂——准备好被超声波激活。
“现在，细胞正在成为爆炸性试剂，”加州理工学院的化学工程师Mikhail Shapiro说，他是这项研究的参与者。
首先，研究人员必须测试气囊的爆炸能力。他们将气囊放入培养皿中，同时放入一种常用于脑癌研究的胶质母细胞瘤细胞。在用超声波照射培养皿后，仅在几秒钟内，他们就看到了广泛破坏的迹象，表明气囊是罪魁祸首。
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随后，研究人员在活的、患有癌症的小鼠身上测试了该过程。研究人员插入了*大肠杆菌*，这种细菌以倾向于定植肿瘤而闻名，并被改造了允许微生物产生气囊的基因。
“我们有点搭上了这些知道如何去到正确地方的细胞的便车，”加州理工学院的博士后、该论文的第一作者Avinoam Bar-Zion说。
让细菌在体内循环了五天后，他们打开了超声波。到那时，研究人员发现这些细菌已经深入肿瘤内部。在超声波治疗近两周后，受损的肿瘤生长速度比未受损的肿瘤慢了三倍。接受气囊治疗的小鼠的平均生存时间是未接受治疗小鼠的两倍多。
这并非科学家首次玩弄人体内的微小气泡。与红细胞大小相当、恰好被称为微泡的微小气泡，数十年来一直被测试作为潜在的药物输送方式。科学家们也并非首次想到将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治疗某些疾病的能力，例如某些肠道疾病。但它们远未获得 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，我就是没看到有什么成果，”科罗拉多大学博尔德分校的生物医学工程师Mark Borden说，他没有参与这项研究。
加州理工学院的研究小组表示，他们的方法有所不同。操作员可以通过超声波机控制他们的设置。因此，他们的疗法具有诱人的潜力——至少在理论上——可以从体外控制。
“它让你能够在你想要的时候开启治疗，然后根据需要暴露治疗，”Borden说。“你可以正式开启和关闭它，我认为这对治疗方法来说非常罕见。”
此外，确保癌症治疗能够到达正确的位置并非易事。但加州理工学院的研究小组已经利用了那些天生就倾向于进入癌细胞的微生物，从而完成了将气囊送往需要的地方的工作。
“你可以让细胞成为输送剂，将它们送到正确的位置，并在现场、正确的位置发挥作用，”Shapiro说。
当然，让这项研究在实验室中奏效是一个挑战；将其应用于临床是另一回事，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引发免疫系统，或者不会对肿瘤以外的组织造成损害。因此，他们需要对动物进行进一步的测试，例如啮齿动物、猪和非人类灵长类动物。
但是，如果这项研究最终奏效，它将为日益壮大的对抗癌症威胁的工具箱增添新成员。
“这是一项令人着迷的技术，我认为它具有很大的潜力，”Borden说。
