對於確診為結直腸癌的患者，手術是唯一治癒的方法，然而，手術時如果有肉眼不可見的癌細胞殘存在原發部位，癌症常常複發，再次手術時可能更加複雜。化療常與手術聯合進行，儘管化療可能導致毒性反應。
光動力療法（Photodynamic therapy，PDT）在癌症的治療中具有一定優勢，但其療效高度依賴於光傳遞來激活光敏劑。無線技術的進步使光能夠遠程傳輸到腫瘤，但存在一些關鍵的局限性，包括組織穿透力差、光敏劑激活水平較低。美國德州農工大學電子與計算機工程系助理教授、遠程健康技術與系統中心研究員Sung II Park博士的團隊正致力於開發一種低成本、微創的無功耗無線遙測技術——集成熱/光模擬平台，有望突破上述治療局限性，為癌症提供精確、安全的治療選擇。
在手術中，研究人員使用具有這種技術的PDT，通過光敏劑（一種被光激活的藥物）來殺死癌細胞。手術過程中，外科醫生能夠切除大部分腫瘤，之後當光敏劑被光激活時，充分照射腫瘤床。這種組合治療徹底，安全有效，沒有毒副作用。
目前，關於該設備的更多詳細信息發表於4月的Nature Communications上。
圖1. 用於光動力治療的人工智慧可植入多通道無線遙測裝置：擬建綜合平台概覽圖
根據美國癌症研究所的數據，除皮膚癌外，結直腸癌全球第三大常見癌症。根據美國癌症研究協會的數據，2022年，美國估計有149 500例成年人將被診斷為結直腸癌，預計導致52 980例死亡。
PDT是一種抗腫瘤治療方法，其優勢在於靶向癌細胞，同時對正常健康組織的毒性最小化，PDT涉及一種光敏劑的使用，這種光敏劑優先被吸收並保留在腫瘤中。光敏劑的激活是由特定波長的光介導的，在臨床環境中，通常使用高功率激光來實現。氧存在的情況下，激發的光敏劑導致活性氧的產生，誘導細胞內氧化應激，引發腫瘤細胞死亡。氧、光敏劑和光是PDT的重要元素，體內和體外研究均證實了三者在光毒性細胞死亡機制中的重要性。
儘管光動力療法已被證明在許多實體腫瘤中有效，但由於人們對癌症和正常組織的不同反應的不完全理解，以及缺乏監測腫瘤反應和相應調整光劑量的方法，光動力療法的臨床應用受到限制。
為解決這一差距，Park教授團隊提出兩步操作過程：首先，使用光敏劑藥物，藥物優先被腫瘤細胞吸收，然後用與藥物吸收光譜相匹配的波長的非熱光照射腫瘤。該藥物的激活會引發光化學反應，從而引發腫瘤細胞死亡。
Park團隊研發的這種生物兼容的小型可植入LED平台可使光劑量和PDT能夠適應單個腫瘤的反應。該集成平台結合了DeepLabCut（DLC）信息低功耗無線遙測系統和Monte Carlo（MC）熱/光模擬。通過集成熱/光MC模擬平台與用戶軟體界面相結合，可提供定製的PDT方案（例如，波長的選擇、光源數量的確定，以及其在可植入設備上的放置）。
研究人員指出，這種腔內裝置可提供一個微創的生物兼容的平台，用於殘餘癌的光檢測，並可輸送至身體任何部位的腫瘤細胞，這意味著其可能對乳腺、腎臟、肺、胰腺、前列腺、卵巢和罕見癌症的治療產生影響。
從長期來看，Park團隊的工作將有可能提供一個具有臨床質量健康監測能力的平台，以便在傳統醫院和實驗室設施之外繼續使用，並為患者提供一種治療選擇，以防止惡性腫瘤的進一步發展，從而顯著提高癌症患者的生活質量。這類平台還可大大減輕腫瘤學資源的經濟負擔。
參考文獻：Woo Seok Kim et al, AI-enabled, implantable, multichannel wireless telemetry for photodynamic therapy, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29878-1
