对于确诊为结直肠癌的患者，手术是唯一治愈的方法，然而，手术时如果有肉眼不可见的癌细胞残存在原发部位，癌症常常复发，再次手术时可能更加复杂。化疗常与手术联合进行，尽管化疗可能导致毒性反应。
光动力疗法（Photodynamic therapy，PDT）在癌症的治疗中具有一定优势，但其疗效高度依赖于光传递来激活光敏剂。无线技术的进步使光能够远程传输到肿瘤，但存在一些关键的局限性，包括组织穿透力差、光敏剂激活水平较低。美国德州农工大学电子与计算机工程系助理教授、远程健康技术与系统中心研究员Sung II Park博士的团队正致力于开发一种低成本、微创的无功耗无线遥测技术——集成热/光模拟平台，有望突破上述治疗局限性，为癌症提供精确、安全的治疗选择。
在手术中，研究人员使用具有这种技术的PDT，通过光敏剂（一种被光激活的药物）来杀死癌细胞。手术过程中，外科医生能够切除大部分肿瘤，之后当光敏剂被光激活时，充分照射肿瘤床。这种组合治疗彻底，安全有效，没有毒副作用。
目前，关于该设备的更多详细信息发表于4月的Nature Communications上。
图1. 用于光动力治疗的人工智能可植入多通道无线遥测装置：拟建综合平台概览图
根据美国癌症研究所的数据，除皮肤癌外，结直肠癌全球第三大常见癌症。根据美国癌症研究协会的数据，2022年，美国估计有149 500例成年人将被诊断为结直肠癌，预计导致52 980例死亡。
PDT是一种抗肿瘤治疗方法，其优势在于靶向癌细胞，同时对正常健康组织的毒性最小化，PDT涉及一种光敏剂的使用，这种光敏剂优先被吸收并保留在肿瘤中。光敏剂的激活是由特定波长的光介导的，在临床环境中，通常使用高功率激光来实现。氧存在的情况下，激发的光敏剂导致活性氧的产生，诱导细胞内氧化应激，引发肿瘤细胞死亡。氧、光敏剂和光是PDT的重要元素，体内和体外研究均证实了三者在光毒性细胞死亡机制中的重要性。
尽管光动力疗法已被证明在许多实体肿瘤中有效，但由于人们对癌症和正常组织的不同反应的不完全理解，以及缺乏监测肿瘤反应和相应调整光剂量的方法，光动力疗法的临床应用受到限制。
为解决这一差距，Park教授团队提出两步操作过程：首先，使用光敏剂药物，药物优先被肿瘤细胞吸收，然后用与药物吸收光谱相匹配的波长的非热光照射肿瘤。该药物的激活会引发光化学反应，从而引发肿瘤细胞死亡。
Park团队研发的这种生物兼容的小型可植入LED平台可使光剂量和PDT能够适应单个肿瘤的反应。该集成平台结合了DeepLabCut（DLC）信息低功耗无线遥测系统和Monte Carlo（MC）热/光模拟。通过集成热/光MC模拟平台与用户软件界面相结合，可提供定制的PDT方案（例如，波长的选择、光源数量的确定，以及其在可植入设备上的放置）。
研究人员指出，这种腔内装置可提供一个微创的生物兼容的平台，用于残余癌的光检测，并可输送至身体任何部位的肿瘤细胞，这意味着其可能对乳腺、肾脏、肺、胰腺、前列腺、卵巢和罕见癌症的治疗产生影响。
从长期来看，Park团队的工作将有可能提供一个具有临床质量健康监测能力的平台，以便在传统医院和实验室设施之外继续使用，并为患者提供一种治疗选择，以防止恶性肿瘤的进一步发展，从而显著提高癌症患者的生活质量。这类平台还可大大减轻肿瘤学资源的经济负担。
参考文献：Woo Seok Kim et al, AI-enabled, implantable, multichannel wireless telemetry for photodynamic therapy, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29878-1
