癌症連續37年蟬聯國人十大死因之首，根據衛福部統計，2018年國人死於癌症人數已逼近5萬人，占所有死亡人數28.2%，即平均每3名往生者中，就有1人死於惡性腫瘤，可見癌症治療研究之迫切。

傳統化學藥物、手術及放射性治療等主要治療方式，雖能有效抑制癌細胞生長及擴散，但常引發許多副作用，例如免疫系統受損或噁心、食慾不振等。以傳統化學藥物治療為例，雖然含鉑的化療藥物——順鉑（Cisplatin）進入體內後可抑制癌細胞DNA的複製過程，從而殺死癌細胞，但也難免毒害到部分正常細胞；且隨著藥物使用時間增長，患者產生抗藥性，疾病便會再度復發。

近年光熱療法逐漸興起，由臺灣科技大學化學工程學系教授張家耀領導的團隊，採用光熱敏感奈米材料——銅鐵硫當吸光物質，在經過紅外光照射後，吸附於癌細胞表面的銅鐵硫會產生熱量，造成局部高溫殺死癌細胞，提升癌症治療功效。
 

然而，要避免殺害正常細胞，光熱敏感材料需要懂得如何辨識癌細胞。德國化學家赫爾曼・埃米爾・費歇爾（Emil Fischer）提出「鎖鑰理論」（Lock and Key Theory），認為分子和生物細胞間存在高度專一性，配體與受體就像鎖頭和鑰匙般，每種受體只能結合某些特定形狀的配體。

圖為配體與受體概念示意圖。配體與受體就像鎖頭和鑰匙般，每道鎖都必須利用某把特定的鑰匙才能夠打開。由於受體與配體結合並未生成共價鍵結及任何化學反應，是由分子間作用力產生，因此結合可被拆解或取代。（圖／彰師大林泱蔚教授提供）

張家耀團隊在其製造的光熱敏感材料——銅鐵硫表面結合玻尿酸分子（配體），針對黑色素腫瘤細胞表面蛋白質（受體）結合，達到高度專一性，有效殺害癌細胞，而幾乎不影響正常細胞。

 

光熱療法結合傳統化療，更具殺癌效果

 

為了增強毒殺效果，張家耀團隊也將抗癌藥物順鉑用於光熱敏感性材料中。當紅外線照射，吸附於癌細胞的光熱敏感性材料便會發生光熱效應，使該癌細胞局部升溫，過程中也釋放順鉑，達到光熱治療與化學治療的加乘效果。光熱治療產生的熱量還可增進細胞代謝，促進抗癌藥物吸收。

 

<光熱療法專殺癌細胞流程。（圖／彰師大林泱蔚教授提供）

 

張家耀團隊以小鼠為實驗對象，測試小鼠體內的黑色素腫瘤細胞存活率。在沒有紅外線照射、僅有光熱敏感材料下，無論藥物用量如何提升，腫瘤細胞存活率仍高達95%以上。

若光熱敏感性材料結合順鉑，即便沒有照射紅外線，藥物用量增加仍可使腫瘤細胞存活率剩50%，造成一定程度的殺傷力。若照射紅外線長達10分鐘，腫瘤細胞存活率則隨著藥物用量增加而下降至15％，顯示光熱化療相較於單獨治療，更具殺癌效果。

圖為未照光和照射紅外線10分鐘的狀況下，小鼠黑色素腫瘤細胞的存活率比較。（圖／臺科大張家耀教授團隊提供）