高科技网状物为早期肺癌患者提供化疗
沿着切口缓慢释放的药物靶向残留的肿瘤细胞
我如果附近实验室引擎盖上潦草的方程式能说明什么的话，那就是乔纳·卡普兰（Jonah Kaplan）正在精心策划一些非常复杂的化学反应。但看着他的动作，他看起来很放松，就像在搅拌一批果冻一样。这位生物医学工程博士候选人将一个正在进行聚合反应的圆底烧瓶放在热油的漩涡浴中。在接下来的五天里，他将把这种混合物从熔融液体转化为一种透明的蜡状聚合物，这种聚合物有望成为早期肺癌患者手术后化疗的输送系统。
卡普兰（ENG ' 14）解释说：“你可能搞混的主要事情是从注射器，试剂甚至空气中的湿度引入水分”，因为这会导致聚合物分子量的不必要变化，因为它会巧妙地将真空管连接到flask上，以惰性氮交换其气氛。他一边工作，一边参考一本厚厚的红皮书中的化学方程式——这是实验室知识产权的宝库——并带领另一位生物医学工程博士生Julia Wang （ENG ' 17）完成整个过程。
这两位是Grinstaff小组的成员，该小组由20多名澳门威尼斯人注册网站研究生和博士后组成，他们在化学、药理学、生物医学和机械工程方面具有专业知识，他们在Mark Grinstaff的指导下解决了一些最复杂的医学挑战。Mark Grinstaff是艺术与科学学院的化学教授、生物医学工程学院的工程教授，也是材料科学与工程工程系的成员。
Kaplan、Wang和第三位生物医学工程博士候选人Eric Falde （ENG ' 15）正在澳门威尼斯人注册网站研究一种高度防水的聚合物网状物，这种网状物可以缝合或钉在手术切除肿瘤的软组织上。这种具有弹性的可生物降解贴片内含紫杉醇等化疗药物，这些药物会从网状纤维中慢慢释放出来，对残留的癌细胞造成致命打击。
这种材料的想法来自于2006年格林斯塔夫、前小组成员杰西·沃林斯基（2009届ENG）和约隆达·科尔森（Brigham and Women ' s Hospital的胸外科医生、哈佛医学院的外科教授）之间的一次对话。科尔森描述了她在为早期肺癌患者做手术时所走的微妙路线：虽然她的目标是切除所有可见的肿瘤，但她知道切除太多会降低肺活量，从而损害患者的生活质量。
根据美国国家癌症澳门威尼斯人注册网站研究所的数据，肺癌是美国最致命的癌症。每年大约有20万人被诊断出患有这种疾病，超过15.9万人死于这种疾病。从1995年到2001年，只有大约16%的患者存活超过5年。那些复发并接受第二轮化疗的人通常活不到6个月。传统的化疗是全身注射，这意味着所有细胞都暴露在毒素中。实际到达肿瘤细胞的药物量通常只占总剂量的一小部分。
希望成为沃林斯基
与科尔森交谈后，格林斯塔夫和沃林斯基回到实验室，沃林斯基开始设计第一代装载药物的柔韧聚合物薄膜，这种薄膜可以沿着肺组织表面缝合。他在动物身上测试了这种材料，得到了令人鼓舞的结果。在肺癌手术后植入他的薄膜的动物中，超过80%的动物在90天后没有肿瘤。这是手术后接受全身注射化疗的动物存活时间的两倍多。
在格林斯塔夫的帮助下，沃林斯基于2010年创立了AcuityBio，将他的澳门威尼斯人注册网站研究推向临床试验。该公司正致力于利用这种给药技术防止癌症术后复发。现在，沃林斯基的名字经常出现在格林斯塔夫集团的运营基地梅特卡夫科学与工程中心（Metcalf Center for Science and Engineering）五楼附近。成员们喜欢突破基础科学的界限，但让他们坚持不懈——有时一周七天——的是希望他们的工作能转化为医学突破，有朝一日他们也可能成为沃林斯基。
“我不认为实验室里的每个项目都应该成为一家公司，”格林斯塔夫说。“但我认为，如果一个项目继续运作，你就会继续问越来越难的问题，如果它一直通过测试，那么你就需要继续推进它，直到它失败。如果你很幸运，那么在一天结束的时候，你可以有所作为。”
Jonah Kaplan （ENG ' 14）和BU的科学仪器设施建造了这个电纺丝机，用于从聚合物中制造网格。
本着这种精神，卡普兰、王和法尔德正在他们的梅特卡夫中心实验室工作，为他们的化疗输送系统创造额外的形式，比如当通过一种叫做电纺丝器的装置时，可以制成网状材料。这种聚合物具有天生的防水性能，在纺丝时具有纤维结构，有助于网状物捕获气泡，延缓嵌入化疗药物的释放——这是这种材料在体内成功的一个重要因素。
王解释说：“在你切除肿瘤之后，你必须让这个区域愈合……然后再去杀死细胞。”如果补片立即释放化疗，可能会加剧组织炎症或延迟愈合。
长期药物释放很重要的另一个原因是，许多化疗药物“只在细胞周期的一个阶段对细胞有毒，”法尔德说。“如果你像传统化疗那样，只给一个大剂量，你就会错过很大一部分肿瘤细胞。”
靶向化疗可以使健康细胞免受有毒细胞的攻击，也意味着医生可以使用更小剂量的药物，并获得更大的效果——这是一个对削减医疗成本感兴趣的政策制定者和医院管理者来说很好的策略。
Julia Wang （ENG ' 17）使用角计来测量电喷涂聚合物上的去离子水滴的接触角。
该小组还在试验一种喷射聚合物网，至少在初步测试后，这种网能进一步提高材料的防水性能。卡普兰说，这种材料是他们在纺丝纤维网时“测试极限”时意外产生的。
在一个生物医学工程实验室里，王把该小组喷网的一条细条贴在测角仪的平台上，测角仪是一种用来测量接触角的仪器。然后，她拿起一个移液管，小心翼翼地在其表面放置一排去离子化的水滴，每一个都像白色桌布上的一个微型水晶球。她将一个附带的摄像头放大到每个液滴底部边缘位于网格顶部的精确位置，然后仪器进行测量。这个样本以令人印象深刻的162度角注册。
达到180度是很困难的，王说，但是“用喷淋的方法，我已经让水从我的表面滚下来了。”
到目前为止，该团队已经在患有肺癌的动物模型上测试了其载药纤维网，Falde将结果描述为“非常有希望”。在这一点上，他宁愿对细节保持沉默。“我们希望在今年夏天之前完成这些澳门威尼斯人注册网站研究。”
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