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现代生物医学如何影响癌症的诊断与治疗 一，癌症的诊断与治疗简述 肿瘤的诊断. 和其他疾病的诊断类似,肿瘤的诊断也是以病史、体检、实验室诊断为最基本、最重的手段。图 1-2 列出了目前一些最常用的成像技术[14]:X 射线检查、超声成像(ultrasound imaging, UI)、计算机断层扫描(computedtomography, CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、正电子衍射成像(positron emission tomography, PET)、单光子衍射成像(single photon emissioncomputed tomography, SPECT)和光学成像(optical imaging)。光学成像又可分为活体显微成(intravitalmicroscopy, IVM)、生物发光成像(bioluminescenceimaging,BLI)和荧光分子成(Fluorescencemoleculartomography, FMT)。对不同的肿瘤应采用不同的诊断方法。此外还有内窥镜检查、组织学活检、血液检 查以及肿瘤标志物检查等。 传统的核磁共振成像,虽然具有空间分辨率高等优点,但是成像灵敏度较低,不适用于早期癌症的检测，而且价格比较昂贵。而对于光学成像,其探测灵敏度要比磁共振成像高出几个数量级,而且速度快、价格低廉、没有放射性物质的污染,非常适合癌症的早期诊断,因此引起了人们的广泛关注。尤其是近期随着新型发光纳米材料如荧光纳米硅粒子、半导体荧光量子点(QDs)等制备技术的成熟和完善,更是为分子光学成像技术注入了新的动力,大大推动了光学成像技术在生物医学研究领域中的应用和发展。但是由于生物组织固有的一些特性,光子在其中穿透深度都很浅,很难实现深层组织的成像。总体来看,目前尚缺乏理想的、特异性强的早期诊断方法,尤其对深层肿瘤的早期诊断更为困难。如何实现对无症状阶段的早期诊断以及无创/微创诊断仍是临床肿瘤学的努力目标。 2肿瘤治疗的目标 一是将患者体内的癌细胞全部清除或至少消灭足够的量,使肿瘤在患者生存期内不再复发;二是彻底改变癌细胞的特性,使病程减慢甚至完全停止[8]。目前临床应用中常规的治疗方法有手术、放疗和化疗三种。手术切除肿瘤的治愈率取决于肿瘤的位置、大小和性质,有些位于组织 深处或着要害部位的肿瘤很难用手术进行切除,因此应用范围有限。放疗是利用高能放射线(如 X、γ射线)对肿瘤部位进行照射以杀死肿瘤细胞,但是也会杀死正常组织中增殖较快的细胞,具有一定的毒副作用。化疗主要是使用 DNA 合成抑制剂(如 5-氟尿嘧啶)或细胞分裂抑制剂(如阿霉素、紫杉酚)等具有细胞毒性的药剂来抑制肿瘤细胞增殖,但是这些药物通常对正常分裂的细胞也有同样的杀伤作用,所以具有毒副作用。此外,还有一些新的治疗措施如光动力治疗、免疫治疗、基因治疗、制肿瘤血管生成等也正在研究之中或即将进入临床 1.1.3 光动力治疗光动力治疗(photodynamic therapy,PDT)是一种新兴的治疗肿瘤的方法[16,17],它利用肿瘤组织对光敏剂药物分子的选择性摄入,在光照作用下引起肿瘤细胞内包括蛋白质、酶和核酸等生物大分子的变性进而选择性的杀死肿瘤细胞。光动力治疗具有三个基本要素:光、光敏剂和分子氧。光敏剂是一类非常特殊的分子,它具有很长的三重态寿命。在特定波长的光辐射下,基态的光敏剂被激发到单重态,由于单重激发态很不稳定,电子迅速弛豫到三重态。处在三重态的光敏分子,一方面能直接和周围组织分子发生相互作用,生成各种活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS,I 型机理);另一方面它直接将能量转移给分子氧,形成单线态氧(singlet oxygen,1O2,II 型机理)。活性氧自由基与单线态氧都具很高的细胞毒作用,能够诱导肿瘤细胞的凋亡(apoptosis)或坏死(necrosis)。 与传统的手术、放疗和化疗等方法相比,光动力学疗法有一系列优点:毒副作用小,选择性好,对正常组织损伤很小,无耐药性,可以重复治疗等。此外,光动力治疗还可以与其他治疗手段相结合,比如在手术切除肿瘤后可以进一步采用 PDT 治疗,以彻底消灭残留的癌细胞,减少复发机会,提高存活率。目前临床上普遍使用的卟啉类光敏剂(HPD)的最强吸收峰位于 400 nm 近,但是组织在短波长处(600 nm)具有较强的吸收和散射,穿透深度较浅,为了获得更大的治疗深度,临床上通常采用 630 nm 的长波长激发光(吸收系数比 400 nm 低 10 倍)来激发 HPD,光动力治疗效果依然不是很理想。因此科学 家正在致力于开发新型的最佳激发波长恰好位于组织窗口内(600 nm-1300 nm