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用「光」就可以治療癌症?人類一百多年前就發現,讓不正常的細胞通通炸掉的療法——淺談光動力治療 PDT

Bei
・2022/08/03 ・2465字 ・閱讀時間約 5 分鐘

光動力療法,起源於 100 多年前

1903 年,諾貝爾獎得主 Niels Ryberg Finsen 發現照射紅外線可以預防天花的生成,而照射太陽中的紫外線可以治療皮膚結核病,此項發現也為光治療領域開啟了新的一個章節。

接著在 1950 年,科學家發現可以利用特定波長的光源來激發感光劑(Photosensitizer),且對細胞具有一定能力的破壞。

利用雷射進行的光動力療法。圖/維基百科

1966 年,科學家首次嘗試將光動力治療(photodynamic therapy, 以下簡稱 PDT)運用於腫瘤,一開始只是對感光劑可做為腫瘤細胞的螢光定位感興趣;一直到了 1975 年,科學家們發現利用感光劑定位的小鼠腫瘤,在特定波長的光源照射下可以被消除,且不會傷害到周圍正常的細胞組織

此後 PDT 成了在臨床上研究腫瘤治療的新方法。

PDT 的治療三要素

PDT 的三個要素為:感光劑 、光源(可以是雷射光或其他光源,例如 LED)、組織及細胞內的氧分子。PDT 必須在這三個元素共同的作用下才能達到治療的效果,缺一不可。

首先,將感光劑加入組織細胞中,一開始所有的組織細胞都會吸收等量的感光劑,但在經過一段時間後,感光劑會從正常的細胞中被代謝,且累積在不正常增生的腫瘤組織(或惡化組織)中,之後再利用適合感光劑的特定波長光源激發感光劑,產生電子的能階變化,也就是電子從基態轉變成激發態,當能階恢復時,感光劑便能釋放出能量。

PDT 三要素之一:光源,激發感光劑使電子產生能階變化,便能釋放出能量。圖/維基百科

受釋放出的能量及光化學反應的影響,組織內的物質會產生氧化反應,進而生成對細胞具有毒性的自由基(free radicals),引起細胞毒殺作用,達到消除癌細胞的效果。就像把定時炸彈送到每個細胞上,但正常的細胞就會把它丟掉,不正常的細胞就會把它留在身上,直到引爆訊號發出,把所有帶著炸彈的不正常細胞都炸掉

由於 PDT 為非侵入性治療,臨床上將其與傳統的放療、化療結合使用,如此可以達到消除腫瘤組織,又不影響到周邊正常組織的效果,且因為是非侵入性的治療,也可以大幅降低術後產生的傷口感染與癒後不佳的情況。

日光性角化症——皮膚癌前病變

有 60% 的皮膚鱗狀細胞癌(squamous cell carcinoma, SCC),是由日光性角化症(actinic keratosis, AK)轉變而來。目前認為發病原因與長期陽光曝曬有關,且好發在中老年人。

日光性角化症為肉眼觀察到的最早期之皮膚鱗狀細胞原位癌(squamous cell carcinoma in situ),因此在臨床治療上極具重要性。

皮膚鱗狀細胞癌通常由日光性角化症引起;皮膚表面通常有鱗,並常伴有潰瘍。圖/維基百科

日光性角化症如果放著不進行治療,將有相當高的機率會繼續惡化。

傳統上常見治療是利用冷凍、電燒、雷射或是手術切除等,然而若病人身體尚有多處皮膚癌病灶、大範圍病灶火這病灶邊界不清楚等情況,目前已有更新穎的治療方式——光動力療法

治療皮膚的新利器

由於皮膚為人體的最外層,光線容易照射,所以多數皮膚相關疾病很適合接受 PDT。

目前普遍應用於日光性角化症的治療,並被美國食品與藥物管理局(FDA)核可為 PDT 的適應症,由近期的研究報告顯示,PDT 與傳統的冷凍療法的效果不相上下,但經由 PDT 治療後,對於皮膚外觀的破壞較小。

皮膚容易被光線照射,多數相關疾病很適合接受 PDT,對外觀的破壞較小。圖/Pexels

PDT 在其他癌症的臨床應用

目前癌症治療方法,主要還是以手術切除、化學治療、放射線治療,或是合併療法,來破壞或抑制癌細胞,但治療成效有限,且時常伴隨著癌症的再次復發。所以近年來,科學家們積極尋找新的癌症輔佐性療法。

近十年來,PDT 已廣泛地應用來治療癌症腫瘤。因為光的穿透性,所以用來治療表淺性的腫瘤組織,如口咽部、食道、氣管和支氣管、胃、結直腸、泌尿道和腹腔等部位可以達到顯著療效,甚至根治;而位於較深層的腫瘤組織,也可以配合其他類型的治療來提高療效。

綜合來說,PDT 治療上的優點包含了:

  1. 感光劑低毒性且安全,不會影響身體其他的正常部位。
  2. 感光劑及特定波長的光源,使 PDT 的治療上更具選擇性及專一性。
  3. 傳統的癌症療程,可能在反覆治療下,使病人產生抗藥性。
  4. 治療的傷口較傳統相治療小,可減少破壞組織完整性,且降低傷口癒合的感染機率。

但受到目前技術上的限制,PDT 目前最大的缺點除了治療價格昂貴外,光源的穿透性也使得 PDT 對於體積較大的腫瘤治療效果差,且第一代感光劑會滯留於皮膚,造成光過敏反應。

未來的發展希望:適用於多種疾病

PDT 的研究結合了光化學、光生物學、生物醫學工程學、藥學、基礎生物醫學和臨床醫學等多種領域。

近年來,配合新一代感光劑的開發,及光電生物科技的快速發展,加快了 PDT 臨床應用的研究速度,不僅癌症治療上有了新進展。應用在其他的醫療領域,如類風濕性關節炎(Rheumatoid arthritis)、心臟冠狀動脈阻塞(Coronary artery occlusion)、子宮內膜異位(Endomeriosis)、老人黃斑退化症(Macula degeneration)、乾癬症(Psoriasis)等相關的治療,也是值得讓人期待。

參考資料

  1. 光動力療法-維基百科
  2. 對抗皮膚癌,光動力療法有效—台北長庚醫院皮膚科
  3. 治療皮膚癌的新利器——光動力療法—台北榮民總醫院皮膚科
  4. 光動力刀治療—新光醫療財團法人新光吳火獅紀念醫院
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死亡率最高的皮膚癌——黑色素瘤,標靶藥物提升治療成效
careonline_96
・2023/04/18 ・1659字 ・閱讀時間約 3 分鐘

70 多歲的老太太因為腳底的黑斑到皮膚科就診,原本看起來像瘀青,但是卻越來越大片,相當不尋常。切片檢查結果確認,這不是尋常黑斑,而是皮膚癌,更是惡性度很高的黑色素瘤。

高雄醫學大學附設中和紀念醫院皮膚科鄭詩宗醫師表示,因為已經出現轉移,屬於較晚期的黑色素瘤,除了接受手術治療,還需要全身性治療。

基因檢測發現患者的黑色素瘤具有基因突變,可以使用對應的標靶藥物。鄭詩宗醫師說,接受標靶治療後,病情受到控制,患者也持續接受治療,至今已超過 5 年。

黑色素瘤源自黑色素細胞,是死亡率最高的皮膚癌,鄭詩宗醫師說,「幾年前,台灣有針對轉移性黑色素細胞癌的病人做統計,當時第 4 期的 5 年存活率是 0,惡性度很高!」

全身各處的皮膚都可能產生黑色素瘤,患者皮膚上可能出現黑色病灶、較怪異的痣、或指甲有出現黑線等。根據腫瘤型態,黑色素瘤具有不同類型,包括結節型、肢端痣型、表淺擴散型等。

鄭詩宗醫師指出,亞洲人的黑色素瘤常長在腳底、手掌、指甲下方,早期黑色素瘤有時候看起來像瘀血,但是瘀血通常會在 1、2 週內消散,黑色素瘤卻會逐漸擴大。

如果發現自己或家人的皮膚有異常,務必及早就醫,把握治療時機。

較早期的黑色素瘤可以利用手術治療,鄭詩宗醫師說,若黑色素瘤已轉移至淋巴結或肝臟、肺臟、腦部等遠端器官,便需要接受全身性治療,例如標靶治療、免疫治療、化學治療等。傳統化學治療對黑色素瘤的效果較差,且副作用較強。

相較於化學治療,標靶治療的作用機轉較精準,若使用相對應的標靶藥物,能發揮較好的治療成效,且副作用較少,因此建議進行基因檢測,以擬定個人化的治療計畫。鄭詩宗醫師說,研究發現有多種基因突變與黑色素瘤相關,較常見的有 B-RAF、N-RAS、KIT 等。

在使用一線標靶藥物後,黑色素瘤可能逐漸產生抗藥性,鄭詩宗醫師表示,在二線治療也有標靶藥物可以使用,能精準抑制癌細胞提升治療成效,達到較高的反應率和較長的疾病無惡化存活期。若符合條件,健保已有給付標靶治療的藥物。

標靶治療雖然不一定會讓腫瘤完全消失,但是能夠避免腫瘤持續惡化。鄭詩宗醫師說,「第三期黑色素瘤的患者在接受手術後,建議要接受輔助治療,有助於穩定病情,減少進展至第四期的機率。」

貼心小提醒

黑色素瘤是死亡率很高的皮膚癌,其預後與期別有很大的關係,越早發現,治療效果越好。大家要留意身上的痣、黑斑、胎記,並定期觀察外觀變化。

觀察的時候,請利用 A-B-C-D-E 口訣,「A」形狀是否對稱(Asymmetry),「B」邊緣是否規則(Border),「C」顏色是否均勻(Color),「D」軸徑是否超過 0.6 公分(Diameter),「E」外觀是否持續變化(Evolving)。

若對皮膚病灶有任何疑問或發現皮膚上有難癒合的潰瘍、指甲出現黑線,務必及早就醫,讓醫師進一步評估喔!

  • 本衛教資訊由台灣諾華協助刊登
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別擦防曬乳去游泳?可能會分解出致癌物!?
florinn
・2017/08/02 ・2250字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

夏日炎炎,太陽每天都熾熱得嚇人,大多數人都會擦防曬乳,以阻擋紫外線,減少對皮膚的危害。不過,一則近期的研究指出,擦防曬乳其實也有可能會對皮膚造成負面的影響,該研究發現,各家廠商愛用的防曬成分──亞佛苯酮(Avobenzone、Butyl Methoxydibenzoylmethane),與含氯分子的水(例如泳池水)接觸並照射紫外光之後,會產生有危害的化學物質。

圖/chezbeate@Pixabay

為何亞佛苯酮為什麼能獲得各家防曬乳廠商的青睞呢?這就要從防曬乳怎麼保護你的肌膚開始說起了。

防曬乳就是你的防護罩

從太陽而來的紫外線,依據波長可以分為紫外光A(UVA,波長320-400奈米)和紫外光B(UVB,波長280-320奈米)和紫外光C(UVC,波長100-280奈米)三種。其中UVC則在臭氧層就幾乎被消耗殆盡,只有UVA和UVB有辦法穿透大氣層抵達地表,而能夠到達地表的紫外光又以UVA為主。

圖/防曬乳讓你晒SUN不晒傷

皮膚曬紅或是曬傷的主因是皮膚照射了UVB區段的紫外線;而UVA對皮膚穿透力高,可以到達真皮層,UVA也是皮膚老化和罹患皮膚癌的主因之一。

塗上防曬乳,就像是在皮膚上塗上一層防護罩,這層防護罩可以阻隔紫外線,皮膚沒有接收過量的紫外線,就不會產生傷害了。而根據阻隔紫外線的方式,可以將防曬乳分為兩種:一種是直接把照在皮膚上的紫外光反射掉,另一種則是把照到皮膚上的紫外光吸收。

反射紫外光的方法屬於物理性防曬,是把一些金屬氧化物塗在皮膚表面,直接反射紫外光,例如:二氧化鈦或氧化鋅;而吸收紫外光的方法就屬於化學性防曬,這類方法是把一些會吸收紫外光的有機分子塗在皮膚表面,它們會吸收紫外光,並把吸收的能量以熱能或其他方式釋放出來。

長期以來,人們較注重曬傷的防護,因此目前多數的化學性防曬成分都是以吸收UVB的波段為主(各種不同防曬成分對應的紫外光波段,可以參考這篇)。以美國來說,常用於阻擋吸收UVA的成分只有化學性的亞佛苯酮以及物理性的氧化鋅,而亞佛苯酮可以吸收幾乎全波段UVA,自然就成為重要的防曬乳成分。

廣泛使用的亞佛苯酮,有機會分解成有毒的小分子

亞佛苯酮本身其實並沒有毒性。它在1973獲得專利,於1978、1988分別被歐盟和美國FDA核准使用後,且因為這個分子能吸收幾乎整個波段的UVA的特性,很快地便成了各廠牌的防曬相關用品的成分清單裡的一分子,大多數的防曬相關用品中都可以找到它的蹤跡。

亞佛苯酮在含氯分子的水中,可能產生的分子。圖/研究團隊2016年發表的論文

雖然說分子本身無毒,但有研究者在去年(2016)發表的研究中發現,在有水分存在的情況下,亞佛苯酮也會如其他的防曬分子一樣,被紫外光照一照就分解、失去功能了。研究人員也好奇,如果在游泳池裡面使用含有亞佛苯酮的防曬乳的話,會發生什麼事,他們實驗結果顯示,在游泳池水的環境裡,亞佛苯酮如果被紫外光照射,就有機會和水中的氯氣分子反應,產生兩種含氯的衍生物(單氯和雙氯衍生物,如上圖的A和C)。

他們今年(2017)五月發表的研究又近一步的發現,分子C(兩個氯)會比分子A(一個氯)或亞佛苯酮(沒有氯),更容易因為照到紫外光而分解。而且他們發現,分解後產生的小分子是含氯的苯乙酮分子、含氯的苯甲酸,以及含氯的酚類,這些都是已知對人體有一定程度危害的物質。

目前,研究人員正繼續研究在氯化或溴化的淡水或海水中,亞佛苯酮可能產生的反應。如果將海水氯化或溴化後,亞佛苯酮能分解出來的小分子,種類會更多樣化;又如果亞佛苯酮在含有銅離子的水中(銅鹽可用作游泳池的殺藻劑),則會生成含溴仿(Bromoform),這個分子會對肝、腎或神經系統造成影響。

別擦防曬乳去游泳,就不用太過擔心

事實上,在衛福部食藥署2016年7月公告的「化粧品含有醫療或毒劇藥品基準」中,有明列限制亞佛苯酮在化妝品類產品中的添加量必須要低於5%。而且常用來阻擋UVB的成分(例如:octinoxate、octocrylene)都能幫助穩定亞佛苯酮分子,雖然讓吸收UVA的能力降低,但比較不容易分解。

更重要的是,要產生這項研究所說的有毒分子,需要的條件是讓亞佛苯酮與含有氯分子的水接觸,才有機會產生。日常生活中體表流的汗並沒有可以進行反應的氯分子,必須要擦防曬乳去游泳,才能產生這些危害物質,而且池水也會把這些分子連同防曬乳一併帶走,所以我們其實不需要太擔心毒物會直接透過皮膚進入身體,比較大的問題反而會是水的污染(不過大部分的游泳池都禁止擦防曬乳下水,所以其實也不用太憂心啦)。

在台灣,除了低濃度的純二氧化鈦(物理性)防曬以外,噴霧型奈米二氧化鈦和化學性防曬,都必須先向衛福部食藥署申請許可,所以如果你還是有點擔心自己使用的防曬乳的話,除了看瓶身標示,確認成分之外,你也可以到衛福部食藥署的含藥化妝品許可的查詢頁面,看看自己使用的產品申請許可,還有它的成分是什麼喔!

原始文獻:

  1. Transformation of avobenzone in conditions of aquatic chlorination and UV-irradiation, Water Research (2016), Polonca Trebše et al., DOI: 10.1016/j.watres.2016.05.067
  2. Stability and removal of selected avobenzone’s chlorination products, Chemosphere (2017), Cheng Wang et al., DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.04.125

資料來源:

  1. Sunscreen creams break down into dangerous chemical compounds under the sunlight, Phys.org
  2. How do the chemicals in sunscreen protect our skin from damage? ,  Phys.org

延伸閱讀:

  1. 2017 最新防曬產品第三方檢測彙整圖表與評比 – MedPartner 美的好朋友
  2. 物理性防曬和化學性防曬到底哪個好?關鍵5點讓你秒懂!防曬全攻略4 – Med美的好朋友 
  3. Sunscreens: An overview and update, Journal of the American Academy of Dermatology, (2011) Sambandan, Divya R. et al., DOI: 10.1016/j.jaad.2010.01.005
florinn
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曾任泛科學實習編輯,是個從學術象牙塔逃離的化學系、化學所學生。比起做實驗,更喜歡分享科學故事、聽科學趣聞,寫科普文的目的就是希望能和大家一起領略科學的力與美。

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防曬乳讓你晒SUN不晒傷
活躍星系核_96
・2012/04/04 ・1722字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 591 ・九年級

文/國科會科技新聞寫作班第三組:范瀞文、許馨亞、陸子鈞

曝曬陽光下會使我們晒黑;過度的曝曬,甚至會晒傷。炎炎夏日,出門前,不論是為了避免晒黑,或者晒傷,除了帶遮陽的陽傘、墨鏡、長袖外衣之外,我們還可能會塗抹一層防曬乳。

防曬乳的歷史

防曬乳的概念,其實可以追溯到古埃及。在埃及這樣充滿日照的環境下,維持淺膚色非常困難,所以古埃及人的審美觀認為白皮膚較黑皮膚迷人。最近的考古研究,翻譯自莎草紙及墓碑的文字指出,古埃及人會混和不同液體後塗抹,防止皮膚晒黑。這些混合物像是米糠的萃取物,還有茉莉花、羽扇豆。而且其中有些成分甚至還被現代科學證實有某些實際的功效,像是茉莉花被認為能修復皮膚細胞受損的 DNA;而羽扇豆至今仍被用於美白 [6]。

第一個商業販售的防曬乳,在 1928 年的美國上市,由對胺基安息香酸(4-Aminobenzoic acid, PABA)、苯基水楊酸(Benzyl Salicylate)和苯基桂皮酸(Benzyl Cinnamate)混合而成。雖然當時防曬乳非常容易取得,但卻沒有被普遍使用。直到1930年代初期,一位化學家,也是後來黎萊雅(L’Oreal)的創辦人厄堅.徐勒(Eugene Schueller),才成功的推廣防曬乳,同時他也被認為是現代防曬乳的發明者。1940年代,美國一位藥商班傑明.格林(Benjamin Greene),在自家製造了紅色果凍狀的防曬乳,用他自己的禿頭測試後,便發送給二次大戰期間,上戰場的美國士兵使用。雖然這項產品不如現在我們看到的防曬乳一樣有效,而且容易弄髒衣物。但後來格林又進一步改良,讓防曬乳的配方更方便使用,還成立了夏波胴(Coppertone)防曬乳公司 [6]。

雖然夏波胴於1944年成立,但直到1953年這張平面廣告才變得有名

夏波胴的成功,讓大眾比過去更不擔心晒傷,而且日光浴變得流行。雖然夏波胴成功地讓大家免於晒傷,但它卻無法有效抵擋紫外線。隨著日曬增加,皮膚癌的病例也增加了 [6]。

1962年,佛朗茲.格雷特(Franz Greiter)重新設計了一套方法,來估計防曬乳抵抗紫外線的能力,也就是我們現在熟悉的防曬指數,SPF(Sun Protection Factor)。很快地,提供不同程度的防曬,成為一樁大生意;1990年,美國境內花費了5億2千5百萬美金在防曬產品的製造 [6],而這趨勢仍在增加;根據國際癌症研究中心(The International Agency for Research on Cancer)的報告,1998年防曬乳及相關產品,市場估計有34億7千萬美金;2008年,歐睿國際顧問公司(Euromonitor International)消費策略調查,更估計防曬市場達到了69億美金![1]


防曬乳的原理

歷經過去七十多年來的發展,現在我們常見的防曬乳,透過物理性及化學性機制,達到防曬效果。

防曬乳多為白色,是因為主要的成份為鋅或鈦的氧化物,能有效反射陽光,屬於物理性防曬,不刺激皮膚。但鋅或鈦的氧化物卻非常黏稠,且不透明(你不會想讓全身都變「白色」吧?),不便於全身使用。拜化學技術發展所賜,能將鋅/鈦氧化物做成奈米層級的微粒,直徑約 1~100 奈米,約為頭髮直徑的五萬分之一[5],除了塗抹後呈透明之外,還能增加防曬效果[4]。

利用防曬乳的成份中,分子間的作用力,吸收紫外線的能量,屬於化學性防曬。化學防曬的有效成分很多種,對胺基安息香酸是從 1920 年代起,至今仍被使用的其中一種,因為它能有效隔絕UVB,但無法隔絕UVA。二甲氨苯酸戊酯(Padimate A)是 PABA 的酸化延伸物,能吸收紫外線,避免皮膚晒傷,但因為它曝曬在陽光下,會刺激皮膚 [7],1989 年在歐洲被禁止,美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration, FDA)也不准許使用。桂皮酸鹽 (cinnamate)、鄰胺基苯甲酸類(Anthranilates)和水楊酸也被使用來隔絕UVB,值得注意的是,桂皮酸鹽不適合對肉桂過敏的人使用。甲基水楊酸(Homomenthyl Salicylate, HMS) 是另一個也被廣泛使用的化合物,但僅能提供有限的防曬效果。而用來隔絕 UVA 則會使用像是羥基苯酮(oxybenzone)或二苯甲酰甲烷(dibenzoyl methane)的苯甲酮類化合物 [6]。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia