想象一座由一組發電站供電的城市。如果所有的電站同時關閉將會造成全市範圍的停電。城市將陷入停滯，混亂可能隨之而來，但最重要的是，城市將無法發揮應有的功能。我們身體的每個細胞都可以看作是一個小城市。
細胞中沒有建築物，而是有細胞核和核糖體等細胞器。細胞的“發電站”是線粒體，它以三磷酸腺苷(ATP)的形式產生燃料。如果線粒體突然關閉，細胞就會面臨死亡–無論是健康細胞還是癌細胞。
這正是Jan van Hest和他的研究團隊跟來自中國和英國的研究人員合作的一種新型癌症治療方法，即光動力療法(PDT)的目的。Jan van Hest目前正領導着TU/e的複雜分子系統研究所(ICMS)。
光動力治療
PDT是一種無毒和無創的替代現有的治療方法以此來消除癌細胞，如化療、放療和選擇性手術。對於患者來說，這些治療可能會產生許多副作用、影響他們的生活質量，但幸運的是，不那麼粗糙的選擇正在開發中。
在光動力療法中，病人會被注射帶有光敏劑（一種對光起反應的材料）的微小納米顆粒。當納米顆粒聚集在癌細胞附近時，它們會被激光照射併產生一種特定形式的氧氣，這種氧氣對癌細胞有毒並最終導致癌細胞死亡。
在TU/e中，Jan van Hest和他的研究小組在改進PDT方法方面取得了穩步進展，去年，他們就在《ACS Nano》上發表了一項研究。
關閉癌細胞
然而，通過設計PDT納米顆粒進入癌細胞並破壞其供電線粒體，細胞可以迅速“斷電”，PDT治療的有效性將大大提高。換言之，納米顆粒可以以更有針對性和更快的方式殺死癌細胞。
van Hest說道：“這項研究的主要挑戰是弄清楚如何將PDT納米顆粒進入癌細胞，並在進入細胞之後將納米顆粒引導到線粒體。一旦靠近線粒體，這些納米顆粒的光敏劑就會被光激活進而污染線粒體的微環境、關閉細胞最重要的電源供應。”
熒光的重要性
該團隊開發了一種將納米顆粒製成生物可降解聚合體的方法，這種空心球體可以攜帶藥物、蛋白質或光敏劑。
然而，跟以前的納米顆粒不同的是，新版本的納米顆粒被設計成在組成它們積木組裝時發出熒光。
這種熒光過程被稱為聚集誘導發射，發射響應會使得追蹤納米顆粒在組織中的位置變得更容易。
為了快速將納米顆粒導向細胞內的線粒體，該團隊將吡啶分子附着在納米顆粒的表面。一旦納米顆粒在線粒體聚集，它們的光敏劑就會被激光激活從而有效地毒害癌細胞的微環境。這項新研究已經成功地在體內和體外實驗中證明了這一過程。
對未來治療的考慮
儘管如此，van Hest還是很快指出，雖然PDT是一種革命性的新型非侵入性治療方法，但仍需要其他治療方法。“這項工作是開發有效PDT納米顆粒的下一步。作為一種治療方法，它將跟現有的治療方法結合起來效果最好。重要的是，它將減少對放療和化療的依賴，這隻會對患者有好處。我們仍需要更有選擇性和更有效的治療癌症的方法。光動力療法在靶向和消除癌細胞方面具有選擇性和準確性的潛力。這項研究表明，我們可以有效地設計出所需的材料，從而構建出能夠殺死癌細胞的高效自組裝納米粒子。”
這些發現推動了對納米顆粒、跟蹤和功效的進一步研究和發展。但當涉及到線粒體或癌細胞“發電站”時，它們的前景就不那麼光明了。