稀土材料：醫(yī)療領(lǐng)域大放光彩

稀土材料作為一類金屬材料，擁有獨(dú)特的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。近年來(lái)，稀土材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

日前，廈門(mén)市稀土光電功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與廈門(mén)大學(xué)醫(yī)學(xué)院、汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院通過(guò)多學(xué)科交叉合作，研發(fā)出基于稀土近紅外二區(qū)發(fā)光的前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移精準(zhǔn)成像技術(shù)。該技術(shù)不僅能讓癌細(xì)胞更早被發(fā)現(xiàn)，還能在手術(shù)中精準(zhǔn)定位癌細(xì)胞，為醫(yī)生“導(dǎo)航”。

從疾病早期診斷到精準(zhǔn)治療，稀土材料正在助力醫(yī)療水平的進(jìn)一步提升。

多種診療技術(shù)“強(qiáng)助攻”

稀土是元素周期表中鑭系（鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥）15個(gè)元素和21號(hào)元素鈧、39號(hào)元素釔共17個(gè)元素的總稱。一直以來(lái)，科學(xué)家不斷探索稀土元素的生物學(xué)效應(yīng)。早在20世紀(jì)50年代，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、美國(guó)化學(xué)家格倫·西奧多·西博格及其團(tuán)隊(duì)就通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了某些稀土化合物的安全性，并發(fā)現(xiàn)它們對(duì)生物具有獨(dú)特效用。

稀土元素?fù)碛刑厥獾碾娮訉咏Y(jié)構(gòu)，能夠有效吸收和發(fā)射特定波長(zhǎng)的光，從而能與其他類型材料結(jié)合，形成性能各異、品種繁多的新型光功能材料。這一特性為其在醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的應(yīng)用提供了理論支撐。同時(shí)，部分稀土離子具有良好的穩(wěn)定性和與生物分子結(jié)合的能力，為相關(guān)藥物設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新途徑。

隨著稀土分離技術(shù)進(jìn)步，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，稀土元素開(kāi)始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)治療方面，以釓為基礎(chǔ)的造影劑廣泛應(yīng)用，極大提高了圖像對(duì)比度和診斷準(zhǔn)確性；含有銪的熒光探針，則被用于細(xì)胞追蹤和生物標(biāo)志物檢測(cè)；釤對(duì)于緩解骨轉(zhuǎn)移癌患者疼痛，也能起到顯著效果。

此外，稀土在提高生物醫(yī)用材料性能方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。例如鈰摻雜的磷酸鈣可被用于骨骼修復(fù)，鑭系元素?fù)诫s的二氧化鈦表面擁有優(yōu)異的抗菌性能。不僅如此，陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)的稀土化合物還具有一系列特殊藥效作用，可用于治療燒傷、炎癥、皮膚病、血栓病等。

“在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)免疫治療領(lǐng)域，稀土材料有廣闊前景?！睆B門(mén)市稀土光電功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任朱浩淼介紹，利用稀土材料有望研發(fā)出像導(dǎo)彈一樣的靶向藥物。目前，該團(tuán)隊(duì)正在研究采用稀土中的镥、釔等放射性同位素精準(zhǔn)定位腫瘤細(xì)胞，再利用其放射性特質(zhì)發(fā)射出高能粒子，定向殺死腫瘤細(xì)胞。

取得諸多研究成果

近年來(lái)，我國(guó)在稀土材料的診療應(yīng)用方面取得諸多研究成果。

提高藥物的生物利用率、靶向定位準(zhǔn)確度，以及降低毒副作用，一直是藥物載體領(lǐng)域的研究重點(diǎn)?；谙⊥猎亻_(kāi)發(fā)的多功能復(fù)合材料作為藥物載體，能精確控制藥物在體內(nèi)的釋放，實(shí)現(xiàn)藥物緩釋，在提升疾病治療效果方面展現(xiàn)出較大潛力。

不久前，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員盧珊、陳學(xué)元等研發(fā)出新型稀土納米光學(xué)診療材料，在肺部感染小鼠模型中實(shí)現(xiàn)了非侵入性光學(xué)診療。研究人員介紹，這種新型材料采用獨(dú)特的富集—包覆策略，將數(shù)百個(gè)超小納米顆粒封裝在介孔二氧化硅內(nèi)核中，形成尺寸約220納米的均勻、單分散性好、介孔負(fù)載量大的納米雜化材料。其作為藥物載體更易遞送到肺部，提高了生物利用度。

此外，以活體熒光成像法替代癌癥病理診斷使用的活檢樣本體外檢測(cè)技術(shù)，成為一種新型無(wú)創(chuàng)腫瘤病理診斷方法，受到臨床醫(yī)生青睞。其中，成像的關(guān)鍵一環(huán)離不開(kāi)稀土。

稀土材料之所以能在成像方面表現(xiàn)突出，主要得益于其優(yōu)異的光學(xué)特性、高穩(wěn)定性、多功能性以及深組織穿透能力等。廈門(mén)大學(xué)附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科副主任醫(yī)師、教授陳皓鋆介紹：“稀土元素特別是某些稀土同位素，如镥-177，具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，非常適合用于癌癥靶向治療和成像?！?

以上述基于稀土近紅外二區(qū)發(fā)光的前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移精準(zhǔn)成像技術(shù)為例，該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院海西研究院廈門(mén)稀土材料研究中心研究員張?jiān)平榻B，他們研發(fā)的這種神奇的納米探針并非一種針狀物體，而是一種化學(xué)合成物質(zhì)。研究團(tuán)隊(duì)利用近紅外Ⅱb區(qū)發(fā)光的稀土下轉(zhuǎn)換納米顆粒作為發(fā)光元件，以腫瘤特異性靶點(diǎn)CXCR4的拮抗肽作為靶向元件，成功合成出新型近紅外Ⅱb區(qū)納米探針。在臨床應(yīng)用時(shí)，只需注射這種會(huì)發(fā)光的納米探針，即可自動(dòng)定位腫瘤；通過(guò)光學(xué)成像儀器，就能隔著皮膚和肌肉組織直觀清晰觀察到腫瘤的邊緣、細(xì)胞的游走。

為了提升腫瘤靶向能力，陳皓鋆團(tuán)隊(duì)嘗試?yán)孟⊥良{米材料多光譜發(fā)射的特性，設(shè)計(jì)合成多色、多指標(biāo)腫瘤免疫微環(huán)境精準(zhǔn)識(shí)別探針，開(kāi)展納米刀治療下腫瘤免疫微環(huán)境的多指標(biāo)精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)識(shí)別研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境的多層次多指標(biāo)精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)?！澳壳埃覀円呀?jīng)搭建了納米刀治療平臺(tái)，正在推進(jìn)后續(xù)基于稀土納米探針的納米刀消融治療誘發(fā)機(jī)體免疫效應(yīng)動(dòng)態(tài)識(shí)別研究?！标愷╀]說(shuō)。

加快推動(dòng)應(yīng)用落地

稀土材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。如何確保這些材料在人體內(nèi)安全使用，避免潛在生物毒性和不良反應(yīng)，是科學(xué)家們必須面對(duì)的問(wèn)題。此外，稀土材料的提取和制造過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，成本較高，這也限制了其在一些資源有限地區(qū)的普及。

推動(dòng)更多安全可靠的稀土應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域落地，無(wú)疑需要大量扎實(shí)的基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為此，一些科研團(tuán)隊(duì)及醫(yī)療機(jī)構(gòu)紛紛布局，致力于探索稀土在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新用途，期望通過(guò)開(kāi)發(fā)更多稀土新型材料，提升疾病診斷準(zhǔn)確性與治療有效性。

2022年，長(zhǎng)期從事無(wú)機(jī)化學(xué)研究的中國(guó)科學(xué)院院士洪茂椿與廈門(mén)大學(xué)附屬第一醫(yī)院合作成立中國(guó)稀土學(xué)會(huì)稀土醫(yī)學(xué)臨床研究中心，攜手開(kāi)展醫(yī)工交叉創(chuàng)新合作，啟動(dòng)稀土元素在醫(yī)學(xué)診療技術(shù)上的系列研究。

洪茂椿表示，稀土的獨(dú)特功能在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，“我們希望研究出更多稀土離子或稀土化合物在生物體內(nèi)的作用機(jī)理，用以開(kāi)發(fā)醫(yī)用材料和藥物，實(shí)現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)診療。”

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