壁虎的启发
数千年来，壁虎一直为人类提供灵感。早在公元前4世纪，亚里士多德就惊叹于这种灵活的爬行动物“能以任何方式在树上上下移动，甚至头朝下”。它那能够牢牢抓住最光滑表面的脚趾，激发了从超级胶水到“超人”攀爬服，再到用于吸收环境毒素的海绵等各种发明的诞生。
如今，科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）的科学家们从这种非凡的爬行动物身上获得灵感，开发出一种能够在体内粘附肿瘤并持续释放化疗药物数天的材料。这项技术由科罗拉多大学安舒茨医学园（CU Anschutz Medical Campus）的医生们共同研发，并在最近的一篇论文中进行了描述。
“大自然已经在这方面进化了数百万年，为我们开发更好的生物材料提供了线索，”科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程系的托马斯·F·奥斯汀助理教授Wyatt Shields表示。
论文第一作者、Shields实验室的博士后研究员Jin Gyun Lee表示，初步结果显示出巨大前景。“我们设想这种受壁虎启发的技术最终可以减少临床治疗的频率，使患者接受更少但更持久的治疗，”Lee表示。
粘性脚趾的力量
壁虎是如何轻松地爬上玻璃墙或在光滑的天花板上滑行的？
秘密在于它们脚趾上数百万根微小的毛发状结构——称为刚毛。每走一步，这些毛发状结构——以及成千上万更细小的分叉末端，称为吸盘——都会在大面积上展开，贴合表面的凹凸。
当吸盘上的分子与表面相互作用时，通过一种称为范德华力的现象，它们的脚就会牢牢粘附在表面上。然而，只需轻微移动即可打破这种粘附力，使其能够快速移动。
几十年来，科学家们一直在尝试复制壁虎脚趾的结构，用于制造更强力的粘合剂、医疗和个护产品等。然而，这些微小的毛发制造起来复杂且昂贵，几乎无法大规模生产。
Shields的实验室专注于开发用于医疗应用的材料，他们面临另一个挑战：他们和Lee希望发明一种能够在体内安全停留、持续释放药物，然后自行分解的材料。
他们开发出一种方法，将一种已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准的可生物降解聚合物——聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）——转化为具有分支毛发状纳米结构的小颗粒，类似于壁虎脚上的结构。
他们将这些“软树枝状颗粒”加载上化疗药物，并将其附着在培养皿中的癌细胞和小鼠的膀胱肿瘤上。
研究显示，这些颗粒能在数天内牢牢粘附在癌细胞上，即使是在像膀胱这样光滑的环境中。动物对这些颗粒耐受良好，治疗还引发了良好的免疫反应。此外，这些颗粒成本低廉且易于制造。
“我们开发出一种实用、灵活的局部癌症治疗平台，可以轻松实现规模化生产和临床转化，”Lee表示。
膀胱癌治疗的挑战
研究人员强调，还需要进一步研究，这种技术可能需要多年时间才能进入人体临床试验。但他们相信，这项技术有望成为治疗局部肿瘤（即尚未扩散的肿瘤）的变革性手段，同时对周围健康组织的损害最小。
研究团队首先选择了膀胱癌——每年约有85,000人被诊断出该病，约18,000人死亡——因为这种癌症治疗起来尤其具有挑战性。
“膀胱癌很常见，大多数患者表现为局部病变，”CU Anschutz的肿瘤学家兼医学教授Thomas Flaig解释道，他专注于膀胱癌研究。“对于这些患者来说，迫切需要新的有效疗法，以防止疾病进展到更晚期。”
为了治疗局部膀胱肿瘤，医生通常会通过导管将化疗药物注入膀胱，并让整个器官浸泡在药物中。由于人们每天大约排尿六次，药物很快被冲出体外，因此需要频繁重复治疗，这可能带来痛苦。副作用也很常见，因为药物也会作用于健康组织。很多时候，癌症会复发。
研究人员设想，未来可以将含有这种壁虎启发颗粒的凝胶直接应用于肿瘤，选择性地持续释放高浓度的抗癌药物，直到其自行分解并被排出体外。
该技术还可用于其他癌症，如口腔、头颈肿瘤等。
这支由生物医学工程师、材料工程师、医学肿瘤学家和癌症生物学家组成的团队计划继续跨校区合作，并继续从大自然中汲取灵感。
“这项研究还处于早期阶段，但这确实是一个非常有前景的开端，”Flaig总结道，他同时也是安舒茨医学园的研究副院长。“通常，那些汇聚不同专业领域专家的科学项目最有可能产生最大的影响。”
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