上面这幅照片上的是哈佛-麻省理工学院的研究生杰弗里·冯·马尔特扎(Geoffrey von Maltzahn),其身后的这些抽象的符号则代表着他在纳米领域取得的成就。具体来说,他发明了一种用于癌症治疗的新方法。凭借这项发明和其所涵盖的范围,马尔特扎赢得了2009年的雷默松-麻省理工(Lemelson-MIT)奖学金(该奖项专门用来奖励麻省理工学院作出创造发明的学生)。
针对研究中遇到的难题,马尔特扎善于从大自然中寻找解决方案。根据从进化系统中得到的灵感,目前,他正致力于改进肿瘤检测和治疗水平,进而提高癌症患者的存活几率。
今天,这位来自哈佛-麻省理工学院卫生科学与技术部的28岁的博士候选人,凭借其具有深远意义的发明获得了3万美元的Lemelsom-MIT奖学金。他在纳米治疗领域中做出了两项杰出发明:一种新的癌症治疗方法和一种新的药物输送模式。
摧毁肿瘤
目前全球因癌症死亡的人数要高于患艾滋病、结核病和疟疾死亡人数的总和。尽管数十亿美元投入到针对癌症的新药研制中,但是有选择地消灭癌细胞仍然是一个可望而不可及的疗法。化疗这种通用的癌症治疗方法,主要用来杀死快速生长的肿瘤细胞。但是,这些药物会在病人体内流动,影响肿瘤周围健康的组织,并产生如脱发、呕吐、贫血等副作用。此外,因这些药物产生的抗药性往往会导致最初的治疗方案以失败而告终。
马尔特扎将纳米技术、工程学和医药技术融合在一起,对肿瘤组织释放能量,并施以针对性的疗法,他的发明有助于减少药物副作用并因此减弱由此产生的抗药机制。
自2004年以来,马尔扎特开始同他的导师、电气工程与计算机科学教授――桑格塔·N·芭堤雅(Sangeeta N.Bhatia)酝酿发明一种新的治疗方法,即可以精确定位并摧毁肿瘤细胞而不影响其他健康组织。
为改善癌症治疗的特性――应用热能来摧毁肿瘤――马尔特扎发明了一种具有聚合物涂层的黄金纳米粒子,通过遥测技术将其定位在肿瘤组织周围并发射红外线将其转化成热能。
具体过程是将纳米粒子从静脉注射,进入体内血液循环,渗透在肿瘤血管的毛细管中,并逐步聚集在肿瘤周围。当完成聚集后,红外线开始加热这些粒子。“黄金纳米粒子的有机涂层是目前循环时间最长、最有效的加热方式,”芭堤雅表示,“动物试验表明,静脉注射结合近红外光消除了小白鼠身上的肿瘤。这些试验结果非常令人兴奋,意味着这种技术所产生的影响具有深远意义。”
吸取灵感
马尔特扎第二个发明的目标是从根本上改善了从静脉到肿瘤的药物输送机制。为此,他们采用了“系统机制”的方式完成其设计。这项发明来自于大自然的灵感,如蚂蚁和蜜蜂蜂的觅食方式。然而这种看似简单的方式却有着其复杂的系统行为――蚂蚁是通过信息素向其他同伴发出信号的。
纳米粒子之间的相互“交流”可以增加发现肿瘤的可能性。受这一灵感的启发,马尔特扎发明了纳米粒子在体内“交谈”的一系列方法。其中一种方法是利用“侦测”粒子定位肿瘤,一旦成功,则发出强大的信号召集第二批“刺杀”粒子。与治疗小白鼠体内的“无交流”纳米粒子疗法相比,这一系统具备了超过其40倍的药物输送能力。
“如果这种具有较强针对性的药物输送能取得临床试验的成功,它就能帮助医生在提高药物剂量的同时,增加药效并减少其副作用。”马尔特扎解释道:“从改善药效到超灵敏诊疗,这一系统工程有着许多潜在的医学用途。”
远景展望
马尔特扎的工作已经取得了重大的科学和商业影响,共申请了8项专利、提交或发表19篇论文,他还成立了两家公司:纳米粒子公司和共振疗法公司。
纳米粒子公司成立已有一年多,目的是解决纳米技术行业对于标准化纳米颗粒的需求问题。马尔特扎的目标是向全球提供从生物领域到能源领域的各种黄金纳米粒子。
共振疗法公司的成立是致力于纳米粒子的临床应用,并促使该项技术得以发展,以提高现有的癌症治疗效果。
除了完成博士学位并管理两个公司之外,马尔扎特还负责指导14名本科生。Lemelson-MIT项目负责人约书亚·舒尔(Joshua Schuler)表示:“杰弗里不仅是科研方面的精英,而且还是一个搭建技术发明与创业的典型精英。”
马尔特扎在麻省期间还作出了其他的发明:低成本血检测试方法、自动组装血脂样肽的基因疗法、磁共振成像中检测肿瘤蛋白酶传感器、远程释放纳米药物技术,以及由纳米材料构成的输药和成像系统等。