Science Advances: 对强散射生物体内的肿瘤组织实现精准激光打击

来源：知社学术圈

恶心、呕吐、腹泻、便秘等副作用使得肿瘤患者在化疗过程中苦不堪言。想象一下，如果在强散射生物体内光的传播路径可以像在空气中那样被随意控制，那么使用激光束对肿瘤组织的精确打击也将成为可能。并且，相比于化疗，激光治疗将不会产生任何副作用。

今年，加州理工学院汪立宏（Lihong V. Wang）教授团队和纽约爱因斯坦医学院Vladislav V. Verkhusha教授团队合作利用光控可变蛋白作为引导靶，对强散射生物体内的肿瘤组织实现精准激光打击。

这项合作完成的突破近期以Focusing light inside live tissue using reversibly switchable bacterial phytochrome as a genetically encoded photochromic guide star为题，发表于Science Advances，引起了科学界的广泛关注。

正常的生物组织由于微观粒子强散射的作用，当光进入组织后就会被迅速地散射，很难实现深度组织内的光束聚焦。波前调控（Wavefront Shaping）方法的出现为调控强散射介质内光束的传播路径提供了可能，然而该方法需要可对光特性进行操控的引导靶来辅助才能实现。因此如何能找到一个可对肿瘤组织进行标记并可实现光调控的引导靶成了实现激光肿瘤组织打击的关键。

强散射生物体内肿瘤组织精确激光引导打击

面对强散射组织内激光传播途径的引导难题，研究团队研制了可直接表达在肿瘤组织上的可控开关光敏蛋白探针（DrBphP-PCM）。该光敏蛋白可以由外部光场控制其开关状态，进而实现对该蛋白探针状态的控制。利用该光敏蛋白探针作为引导靶，可以有效的引导生物体内的光子在肿瘤组织上进行聚焦。同时，为了高效地调控激光在生物体内的传播路径，他们还研发了锁频激光波前调控系统。在激光引导打击肿瘤组织的过程中，该系统使用637nm的激光对蛋白探针状态按特定频率进行开关操作，然后系统通过对780nm激光的传播路径调控来实现对肿瘤组织的高精度打击。

汪立宏教授团队和Vladislav V. Verkhusha教授团队还将继续在该方向上进行合作，以期实现更多突破。

作者简介

汪立宏教授为美国国家工程院院士，加州理工学院医学工程系与电子工程系Bren讲席教授，汪院士在Science、Nature、Nature Photonics、Nature Methods、Nature Biomedical Engineering等国际顶级期刊报道多项突破性研究成果，是光声生物医学成像、光场调控及超快成像领域的领军人物。

Vladislav V. Verkhusha是纽约爱因斯坦医学院终身教授，在Nature、Nature Biotechnology、Nature Reviews Molecular Cell Biology、Nature Methods、Nature Chemical Biology、Nature Protocols等国际顶级期刊发表学术论文数十余篇，是荧光蛋白和生物传感器领域的领军人物。

杨佳苗博士和李磊博士为论文的共同第一作者。杨佳苗毕业于北京理工大学，现为加州理工学院博士后研究员，长期从事高精度光学检测、高分辨光学成像和光场调控等方向的研究；李磊博士于今年获得加州理工学院博士学位，国家优秀自费留学生特别优秀奖获得者，现为加州理工学院博士后，其在光声成像、光场调控领域的研究成果受到学术界广泛关注。