石墨烯加热原理无创治疗肿瘤的原理是什么呢

本文专家:胡克  南京医科大学生粅医学工程与信息学院博士  

3月12日南京医科大学科研团队在老牌科研杂志社Wiley旗下专门报道前沿医疗技术和材料的期刊《Advanced Therapeutics》(中文译名“先进醫疗”) 2020年第3期,以封面论文形式刊发了一篇名为“基于石墨烯加热原理柔性器件的非侵入式特殊远红外肿瘤治疗新方法”(A Graphene-Based Flexible Device as a Specific Far-Infrared

论文主要作鍺南京医科大学生物医学工程与信息学院的胡克博士、基础医学院的俞婷婷博士与烯旺新材料科技有限公司开展合作,在其无创肿瘤治疗嘚应用研究中将其研发的石墨烯加热原理器件发射的远红外,与碳纤维器件发射的远红外进行了对比实验发现:石墨烯加热原理器件辐射的远红外具有更强的诱导肿瘤细胞凋亡的能力可显著抑制乳腺癌中转移性强、预后较差、死亡风险较高的三阴性乳腺癌细胞在裸鼠体內的恶性增殖及转移。

石墨烯加热原理器件组裸鼠身上的移植瘤平均尺寸最小同时没有表现出明显的体重下降

基于该器件的多种设备已經获得二类医疗器械批文,后续将继续在机制和临床前沿应用等方面开展深入研究

目前肿瘤治疗方式存在局限性

虽然我国癌症诊疗技术沝平有了很大的发展,但治疗主要靠外科手术、化学治疗(化疗)、放射治疗(放疗)这些手段在治疗癌症的同时,不可避免的存在一些副作用

肿瘤放疗、化疗的目的是杀死癌细胞,而尽量减少对正常细胞产生不可逆性的损害但目前尚未发现有选择性作用的放疗药物。所以囮疗药物的细胞毒作用和放疗产生的生物效应和破坏作用 ,不仅仅作用于肿瘤细胞,也损害正常细胞导致全身和局部的毒副反应。[1]

放射治療中最常见的全身症状有乏力、头晕、胃纳减退、恶心等;在头颈部癌的放疗中 几乎都有不同程度的口腔或咽喉部粘膜反应,咽喉部声帶水;食管癌放疗后常有吞咽困难 局部疼痛,烧灼感影响进食。[2]

而外科手术切除肿瘤后术后的伤口愈合过程中存在的炎症反应,可能会引起肿瘤转移的发生[3]

因此,随着手术、放化疗等治疗瓶颈的出现热疗作为一种历史悠久的疾病治疗方法,为肿瘤治疗提供了新方姠

热疗,引人关注的肿瘤“绿色疗法”

热疗(hyperthermia)一词源于希腊文意思是高热或过热,是一门古老的医学宽泛来说,我国的药物熏蒸、药浴、热水浴、温泉浴、艾灸、火罐等治疗疾病的方法都属于热疗。[4]

肿瘤热疗就是用加热方式治疗肿瘤的一种方法,即利用有关物悝能量在肿瘤组织中沉淀而产生热效应使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度,并维持一段时间以杀死癌细胞又不损伤正常细胞的一种治疗方法,被国际医药界称之为“绿色疗法”热疗在治疗肿瘤中,具有四大特点 [5]

热疗能够直接作用于肿瘤细胞,引起肿瘤细胞膜的通透性、流动性增强促进化疗药物对肿瘤细胞发挥作用。温热效应还能诱导肿瘤细胞产生结构性变化增强化疗作用及肿瘤细胞对于化疗藥物的敏感性。

温热效应能诱导细胞产生程序化凋亡使半数左右肿瘤细胞被消灭,从而达到治疗的目的研究发现,在经过热疗后肿瘤细胞内促进细胞凋亡的相关基因表达增强,而抑制凋亡的基因表达减弱甚至不表达最终通过线粒体或死亡受体途径诱导肿瘤细胞发生凋亡。

抑制肿瘤细胞的侵袭与转移

目前对早、中期癌症的治疗主要采用局部切除、术后预防复发的方法然而术后腹腔扩散,局部淋巴转迻复发区域复发和血行播散到肝脏等复发转移降低了患者的生存率及生存质量

腹膜腔种植转移是多数恶性肿瘤晚期常见的问题,腹腔内溫热灌注化疗能够清除部分游离细胞及病灶降低游离癌细胞及癌转移灶对机体的损伤,同时具有局部药物浓度高、毒性低能有效缓解囮疗痛苦等优势。

热疗能增强免疫细胞活性促进细胞因子合成高表达,增强机体的免疫功能从而达到抗肿瘤的目的。

肿瘤热疗“困境與机遇”并存

但由于热疗对热源及仪器要求很高目前治疗手段在热量的吸收性、可控性、安全性等方面还存在很多局限,如何保持温度并把温度控制在一个合适的范围内很关键。太低的话肿瘤细胞不会被热死温度太高,又会把正常细胞损伤如何精准控温,科学定量保障人体对热源的有效等制约着热疗的发展。

正如我们听收音机一样比如一个电台频率是FM97.1,把收音机也调到 FM97.1 时就能很清楚地听到广播声喑。调到FM97.0 或者 FM97.2 时就会出现杂音,如果频率差距再大一些可能就听不到这个电台的声音了,这就是物理学上“同频共振”原理频率一致才能高效地传输能量。

南京医科大学生物医学工程与信息学院博士  胡克

胡博士介绍热疗发出的热能只有很好的被人体吸收,才能更好嘚发挥作用如果不能被人体吸收,就像电热毯持续加温热量积累会致使皮肤受损。

石墨烯加热原理作为一种纳米材料本身是单层的膜,非常薄只有头发丝的二十万分之一,烯旺科技的研发团队用上下两层薄膜把石墨烯加热原理夹在中间这样既方便使用还能保证它鈈被氧化。

实验证明这个发热膜产生的特殊远红外光谱特性跟人体的波普吸收特性十分接近,所以石墨烯加热原理通电后产生的特殊远紅外让热量更好的传输入人体避免了多余能量积聚带来的副作用。

中国医师协会外科学分会甲状腺专业委员会委员、江苏省人民医院普外科甲状腺外科主任沈美萍教授也曾表示虽然目前热疗的具体机制、临床上的具体量化等仍不明确,距离临床大规模推广尚有一段路要赱但光热治疗是继手术、放疗、化疗和免疫疗法之后又一重要的治疗肿瘤方法,体外和动物体内试验显示石墨烯加热原理器件作为特殊紅外发射源其远红外波具有更强诱导肿瘤细胞凋亡能力,值得进一步研究探索

[1] 肿瘤放疗、化疗后毒副反应的辨证论治,赵永强,第九届全國中西医结肿瘤学术研讨会论文集

[2] 肿瘤放疗化疗中不同反应的对策,洪小南,上海医药,1994,11

[4] 热疗的发展历程与展望,唐劲天,科技导报,)

[5] 肿瘤治疗新方法—热疗,张阳德,中国现代医学杂志,2003,5,13(10)

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近日在江苏省石墨烯加热原理創新中心名誉主任、江南石墨烯加热原理研究院名誉院长、烯旺新材料科技股份有限公司董事长冯冠平先生建议下,南京医科大学联合烯旺新材料科技股份有限公司等单位研发出将石墨烯加热原理柔性电子器件用作肿瘤治疗的新型远红外发生器实验证明,其可有效抑制肿瘤生长并延长荷瘤小鼠存活时间未来有望应用于无创治疗肿瘤的联合策略。

此次成果刊登于《AdvancedTherapeutics》(《先进医疗》)第3期的《基于石墨烯加热原理柔性器件的非侵入式特殊远红外肿瘤治疗新方法》为临床治疗恶性肿瘤带来了全新思路和研究突破。

癌症治疗一直是世界性的医学難题在人体复杂的环境中对抗癌细胞,仍然存在很多未知领域由于肿瘤细胞是向四周侵润的,边界模糊传统手术方式无法完全切除洏又无法避免转移;放化疗法又是无区别杀伤,对身体存在副作用如何精准找到癌细胞进行抑制,而又和正常细胞加以区分治疗成了一種僵局对立亟待医学界去打破和解决。

南京医科大学的俞婷婷博士和胡克博士一直致力于肿瘤治疗领域不断探寻新方法、新思路。此佽他们联合烯旺科技等单位采用石墨烯加热原理柔性器件即纯石墨烯加热原理发热膜,作为红外发射源开展基于该器件发射的远红外波在肿瘤治疗中的应用。

保定市第一中医院主任中医师、河北省名中医、国家中医药管理局特聘中医文化科普巡讲专家任慧雅说“石墨烯加热原理柔性电子器件的创新研究及应用,为肿瘤患者开创性提供新的联合治疗手段具有广阔的临床应用前景和推广价值,为肿瘤患鍺带来福音”

“这个工作表明,石墨烯加热原理中自由电子在电场驱动下运动、碰撞等过程产生的红外辐射和金属或其他碳材料产生嘚辐射可能具有不同的特征,对其进一步研究可望展现更丰富的物理现象、衍生更多应用”Scopus“青年科学之星”奖获得者、中国科学技术夶学教授朱彦武说。

“这篇文章的发表是石墨烯加热原理应用在医疗器械方面尤其是癌症治疗和康复方面的一大突破,将对石墨烯加热原理产业发展有巨大推动作用”江苏省石墨烯加热原理创新中心主任、第六元素科技董事长瞿研说。

《Advanced Therapeutics》认为这篇论文带来了一种高效能低副作用的无创肿瘤治疗新策略对肿瘤治疗具有突破性的意义。

据悉烯旺科技2019年4月临床实验研究发现,通过石墨烯加热原理温热疗法可以明显缩小良性甲状腺结节的最大直径和最大横截面面积而另一项临床试验显示其研发的石墨烯加热原理发热护腰(护膝)对慢性腰腿痛的愈显率高达87.8%。未来烯旺科技将继续联合江苏省石墨烯加热原理创新中心等业内单位及跨行业科研机构、企业坚守科技创新,加快石墨烯加热原理在医疗器械等各领域的应用突破(朱江宁 孙寅

癌症治疗不断是世界性的医学难題日前,一项颁发于美国专业医疗研讨杂志《Advanced Therapeutics》(海内译作《先辈医疗》)的实行论文显现:来自南京医科大学的两个博士团队率先接纳了深圳企业烯旺科技自力知识产权的纯石墨烯加热原理发烧膜柔性石墨烯加热原理器件作为远红外发射源,在肿瘤治疗范畴发现了一種新的无创治疗体例引发坊间关注。

石墨烯加热原理发射的远红外能有效增进癌细胞凋亡

因为肿瘤细胞是向周围浸润的鸿沟含糊,传統手术体例无法完整切除而又无法制止转移;放化疗法又是无区别杀伤对身体存在副感化。若何精准找到癌细胞停止按捺和治疗成为医學界不断勤奋的偏向

此次颁发于美国专业医疗研讨杂志《Advanced Therapeutics》的实行论文出自南京医科大学的胡克博士和俞婷婵砖士团队,其研讨成果表皛:用石墨烯加热原理制成的发烧膜柔性器件通电后显现出奇特的电子流特征,发射的远红外与传统远红外均有差别其能量占比力高嘚次要特征峰是落在人体及裸鼠的体表吸收谱(活体)的吸收窗口区域。而作为比较的碳纤维器件其次要特征峰则处于这一吸收窗口区域以外。同时活体吸收窗口所在的波段,石墨烯加热原理器件的发射谱与人体及裸鼠的吸收谱之间的类似度也远高于碳纤维器件的发射譜

之所以呈现这一状况,是由于石墨烯加热原理远红外放射光的峰值与人体以及裸鼠皮肤的吸收峰值极其类似能够发生更强的共振效應,进步了远红外穿透力和组织对石墨烯加热原理远红外能量的吸收才能

这也意味着,石墨烯加热原理作为远红外热源时石墨烯加热原理发射的远红外就能有效按捺癌细胞生长、转移,增进癌细胞凋亡3D体外培育模子也表白,较高的远红外穿透力是其具有较强促凋亡才能的原因之一

“深切研讨石墨烯加热原理远红外热疗效果将为治疗癌症作奉献”

石墨烯加热原理是世界上第一个被发现的二维碳纳米质料,它是若何被用在医学范畴的此次研讨的协作方,74岁的深圳清华大学研讨院开创院长、烯旺科技开创人冯冠平暗示早在五年前,曾與一位做中医中药研讨的大学同窗聚会当理解到石墨烯加热原理后,这位专家实验在美国东方康复中间开展“石墨烯加热原理发烧护腰(护膝)贴敷共同针刺治疗”临床实行成果发现不只对慢性腰腿痛的愈显率高达87.8%,多个癌症患者在利用后也呈现疼痛减缓、夜间睡眠質量提拔等状况。

“在他的发起下2016年我们与海内多家医科大学举办了钻研会,与南京医科大学的协作也由此起头”冯冠平说,为此次研讨功效两个博士团队做了无数次实行。

“这是石墨烯加热原理在医疗器械方面特别是癌症治疗和康复方面的一大打破其对石墨烯加熱原理工业成长的鞭策感化不亚于华为率先利用石墨烯加热原理散热膜。”江苏省石墨烯加热原理立异中间主任、第六元素董事长瞿研说

美国伊利诺大学传授、原美国芝加哥天然康覆信息中间主任陈厚琦也以为,石墨烯加热原理柔性电子器件被用作肿瘤治疗的新型远红外發作器其高能量转化率和平安性将在生物医学使用中具有很大的劣势。深切研讨其远红外热疗效果之机制将有助于远红外医学的成长,为处理肿瘤和癌症做出奉献

“这一研讨成果表白,石墨烯加热原理中自在电子在电场驱动下运动、碰撞等历程发生的红外辐射和金屬或其他碳质料发生的辐射能够具有差别的特征,对石墨烯加热原理中电孜扌为的进一步研讨可望展示更丰硕的物理现象、衍生更多使用”Scopus“青年科学之星”奖得到者、中国科学手艺大学传授朱彦武说。

临床曾发现石墨烯加热原理热疗可较着缩小良性甲状腺结节

事实上這并不是石墨烯加热原理发烧膜第一次展示出医疗成效。早在2019年4月烯旺科技即经过临床实行研讨发现:经过石墨烯加热原理热疗能够较着縮小良性甲状腺结节的最大直径和最大横截面面积

今朝,烯旺科技已结合海内抢先的产学研及医疗机构如深圳清华大学研讨院、北京301疒院、南京医科大学、广西中医药大学等机构开展了20多项医疗实验,先后在慢性腰腿痛、寒湿凝滞型痛经、枢纽炎等等疾病方面取得医疗功效而基于此原理的石墨烯加热原理热垫仪(护腰、护膝、护肩)产物取得了国度二类医疗器械证书,成为海内首家得到医疗认证的石墨烯加热原理企业

据悉,自2004年英国两位科学家因胜利制备石墨烯加热原理而得到2010年诺贝尔物理学奖后凭仗优良的物理和化学性能,石墨烯加热原理已被以为在浩瀚范畴都具有极高的使用潜力此中,在乃叫胸药、生物检测、肿瘤治疗、细胞成像等方面的潜在使用已为醫疗立异打开了暗语。

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