在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的征程中，攻克各種復(fù)雜的醫(yī)療難題始終是科研人員不懈追求的目標(biāo)。近年來，一項(xiàng)極具創(chuàng)新性的技術(shù)嶄露頭角 —— 無線激活的植入物利用光來治療各類醫(yī)療難題，為眾多患者帶來了新的希望。這一技術(shù)融合了光學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)以及醫(yī)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，正逐步改變著我們對(duì)疾病治療的傳統(tǒng)認(rèn)知。

光療，作為一種新興的治療手段，其原理并不復(fù)雜卻蘊(yùn)含著巨大的能量。以癌癥治療為例，光動(dòng)力療法(PDT)是其中一種重要的應(yīng)用方式。它需要光敏劑的參與，當(dāng)光敏劑被注入體內(nèi)后，會(huì)在腫瘤組織中相對(duì)特異性地聚集。此時(shí)，用特定波長的光照射腫瘤部位，光敏劑吸收光子能量后被激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的光敏劑非常不穩(wěn)定，會(huì)通過與周圍環(huán)境中的分子發(fā)生能量轉(zhuǎn)移或電子轉(zhuǎn)移等反應(yīng)，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的活性氧(ROS)，如單線態(tài)氧等。這些活性氧能夠氧化細(xì)胞內(nèi)的各種生物大分子，如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等，破壞癌細(xì)胞的細(xì)胞膜、線粒體等細(xì)胞器，引發(fā)癌細(xì)胞的凋亡、壞死或自噬等死亡過程，從而達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的 。

然而，傳統(tǒng)光療面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中光的穿透深度限制是一大難題。由于人體組織對(duì)光具有吸收和散射作用，尤其是在深層組織中，光的強(qiáng)度會(huì)隨著傳播距離的增加而急劇衰減。這就導(dǎo)致傳統(tǒng)光療在治療深部腫瘤、深層組織感染等疾病時(shí)效果不佳，如同 “隔靴搔癢”。為了突破這一困境，無線激活的植入物應(yīng)運(yùn)而生。

無線激活的植入物在設(shè)計(jì)上可謂獨(dú)具匠心。以治療深部癌癥的植入物為例，它通常由一個(gè)微小的、可植入體內(nèi)的 LED 設(shè)備以及相關(guān)的無線傳輸組件構(gòu)成。這個(gè) LED 設(shè)備尺寸極小，如一粒米般大小，方便通過注射等微創(chuàng)方式直接植入到癌性腫瘤內(nèi)部或附近。它能夠在接收到外部無線信號(hào)后被激活，發(fā)出特定波長的光 。

在植入物的工作過程中，外部設(shè)備會(huì)發(fā)射特定頻率的無線信號(hào)，植入物中的接收組件捕捉到這一信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)化為電能，為 LED 設(shè)備供電，使其發(fā)出光線。例如，一些研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的植入物采用了綠色光，盡管綠色光在組織中的穿透深度相對(duì)有限，但令人驚喜的是，它能夠產(chǎn)生一種更強(qiáng)大的針對(duì)癌細(xì)胞的反應(yīng)。在使用時(shí)，首先要向患者體內(nèi)注入帶有光吸收分子的染料，這些染料會(huì)聚集在癌細(xì)胞周圍。當(dāng)植入物發(fā)出的光照射到這些區(qū)域時(shí)，染料吸收光能并將其轉(zhuǎn)移，使癌細(xì)胞自身的氧氣變得具有毒性，如同 “以子之矛攻子之盾”，讓癌細(xì)胞內(nèi)部的環(huán)境發(fā)生改變，最終導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡 。

除了殺死癌細(xì)胞，這種無線激活的植入物還能帶來額外的驚喜 —— 調(diào)動(dòng)免疫系統(tǒng)的抗癌靶向反應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過這種方式治療的癌細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)腫脹等現(xiàn)象，這是一種被稱為焦亡的細(xì)胞死亡形式的標(biāo)志。焦亡這種細(xì)胞死亡方式特別擅長觸發(fā)免疫系統(tǒng)的反應(yīng)，當(dāng)免疫系統(tǒng)被激活后，它會(huì)將這些死亡的癌細(xì)胞以及其他癌細(xì)胞識(shí)別為外來的 “敵人”，進(jìn)而發(fā)動(dòng)免疫攻擊，對(duì)體內(nèi)其他未被直接照射到的癌細(xì)胞也起到一定的殺傷作用 。

在感染治療領(lǐng)域，無線激活的植入物同樣展現(xiàn)出了巨大的潛力。以口腔種植體周圍感染為例，這是口腔種植治療中常見的并發(fā)癥。傳統(tǒng)的治療方法包括機(jī)械清創(chuàng)和化學(xué)消毒等，但存在清創(chuàng)不徹底、藥物滲透性差等問題，一旦種植體周圍形成生物膜，傳統(tǒng)治療方法很難將其徹底清除，導(dǎo)致感染容易復(fù)發(fā)。而無線供電的藍(lán)光氧化鋯植入物為解決這一難題提供了新途徑。這種植入物內(nèi)置無線供電光源，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜種植體周圍結(jié)構(gòu)的完全照射，從而提高治療效果。在時(shí)間上，無線供電使得抗感染治療能夠及時(shí)、可控地進(jìn)行。藍(lán)光微發(fā)光二極管作為治療光源，無需外源性光敏劑就能有效殺死種植體周圍與感染相關(guān)的細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)表明，體外照射 20 分鐘后，種植體表面的牙齦卟啉單胞菌生物膜可被完全殺死;體內(nèi)每天接受 30 分鐘藍(lán)光照射，種植體周圍耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染的殺菌率可達(dá) 99.96 ± 0.03% 。

在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療方面，光遺傳學(xué)技術(shù)與無線激活植入物的結(jié)合也取得了顯著進(jìn)展。例如，科研人員開發(fā)出了一種由光驅(qū)動(dòng)的無線設(shè)備，可植入體內(nèi)來調(diào)節(jié)心血管或神經(jīng)活動(dòng)。這種輕如羽毛的薄膜可通過微創(chuàng)手術(shù)植入，它由兩層 P 型硅材料組成，頂層有許多微小的孔(納米孔隙)，可提高電學(xué)性能并集中電力。該薄膜只有一微米厚，重量不到 1/5 克，明顯低于目前最先進(jìn)的心臟起搏器。在使用時(shí)，它可通過一根細(xì)小的管子和光纖一起插入體內(nèi)，光纖以精確的模式發(fā)光，薄膜拾取光纖的發(fā)光并將其轉(zhuǎn)化為電脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)心血管或神經(jīng)活動(dòng)的調(diào)節(jié) 。

此外，還有研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)能夠控制脊髓神經(jīng)元活動(dòng)的光遺傳植入物。這種植入物將小型化的 LED 封裝在柔性材料中，通過藍(lán)牙控制，可精確控制發(fā)射光的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。它能夠解決光脈沖穿透脊髓深度時(shí)被神經(jīng)纖維吸收和反射的問題，通過改進(jìn) LED 使其發(fā)射紅光，因?yàn)榧t光受神經(jīng)纖維影響較小。這種植入物未來有望用于減輕疼痛、改善自主神經(jīng)功能甚至治療癱瘓 。

無線激活的植入物利用光來治療醫(yī)療難題的技術(shù)為醫(yī)學(xué)發(fā)展注入了新的活力。雖然目前部分技術(shù)仍處于研究和臨床試驗(yàn)階段，但已展現(xiàn)出令人矚目的成果和廣闊的應(yīng)用前景。相信在不久的將來，隨著技術(shù)的不斷完善和創(chuàng)新，這一技術(shù)將在更多醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為患者帶來更多的福祉，成為醫(yī)學(xué)史上的又一座里程碑。