使用標靶藥物對於癌症治療猶如擊靶一般，高度專一性可以對人體減少許多不必要的傷害，但是，把標靶藥物集中火力送到病灶點卻不容易。當大部分的用藥被分散到全身各處，所用藥量白白消耗不打緊，更得擔心副作用。除此之外，當癌細胞轉移時，能否有一個好方法去追蹤偵測，也是目前科學家苦思的課題。
蕭宏昇老師長期鑽研肺癌轉移及其機制，針對這些問題，開始與奈米材料領域的科學家展開跨領域合作，共同發掘出一些有潛力的材料。在2020年3月份的Advanced Science 期刊，他們發表螢光奈米粒子在非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)治療與追蹤上突破性的應用。
台灣肺癌發生率高居亞洲第二，當作第一線治療的標靶藥物阿法替尼(afatinib, AFT)，因其能結合表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）突變的非小細胞肺癌而有效的抑制癌細胞的成長與擴散。為增加藥物效能，同時想有效對癌細胞擴散進行追蹤，蕭老師和台灣大學化學系劉如熹教授合作，開發出可以乘載標靶AFT藥物的發光奈米粒子。再加上一段短的適體DNA序列(MAGE-A3 aptamer, MAp)，就像無人駕駛一樣，可以導引標靶藥物找到癌細胞的正確位置後再釋出投藥。此外，由於該奈米粒子具有長時間發光的特性，可進行治療後的長期追蹤。
在肺癌的治療過程中，一旦抗癌藥物無法抑制癌細胞的增生，癌細胞從原生位置擴展至其他器官，也就是進入轉移階段，五年存活率會急速下降，預後狀況也變得難以控制。本研究主要執行人詹明賢博士表示，當前肺癌診斷方法不容易區分腫瘤細胞與其轉移過程，「長餘輝奈米發光材料（persistent luminescence nanoparticles, PLN）」在經過紫外光激發後，會長時間的持續發光，是一個可以長時間跟蹤腫瘤變化的好選擇。長餘輝特性就是指材料在光照之下可持續發光的一種性質，一旦被引導發亮，就好像夜明珠在暗夜透亮一般。
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| 多功能奈米材料可實境追蹤小鼠肺部變化12小時，為肺癌原位生長與轉移患者提供痊癒機會。 |
研究團隊藉中孔洞二氧化矽奈米粒子限制晶體成長空間，加入具有長餘輝特性的金屬離子，將兩者用高溫燒結合成近紅外光長餘暉奈米粒子。將該奈米粒子經由氣管投藥的方式對已經帶有肺癌細胞的小鼠用藥，然後，於小鼠體外以紫外光照射後，可在小鼠肺部腫瘤處觀察到持續發光的信號。經過三個星期的觀察，可以在活鼠體外看到原來僅植入左肺的腫瘤細胞，逐漸在右肺部產生，這個現象證明長餘輝奈米粒子可以用來追蹤初期肺癌細胞轉移的蹤跡。
專精材料化學的劉如熹教授強調，近紅外光長餘暉奈米粒子不僅具有持續發光的特性，其孔洞結構直徑約為3-5 nm，非常適合用來當作運載藥物的工具，並且可以控制在12小時內連續釋放藥物。
AFT用在治療EGFR突變之局部晚期或已轉移之非小細胞肺癌患者，是肺癌治療具有顯著療效的新一代標靶藥物，屬於第一線用藥。但因施用範圍遍及全身細胞，途經血液循環亦對藥物利用大打折扣，同時也易造成不必要的副作用。
為使奈米粒子具有導引功能，研究團隊將其表面進行改質。奈米載體的表面連綴著可瞄準特定細胞的靶向分子，作為標靶藥物的導引。在PLN載體上所添加的導航外掛，是一段DNA適體分子。癌細胞初期轉移不容易被常規的檢查和診斷方法發現。在肺癌患者外圍血管以及轉移淋巴結高度表現的MAGE-A3抗原，被認為是目前初期轉移的檢測指標。研發團隊便將PLN奈米粒子與能辨識MAGE-A3之DNA適體結合並取名為PLN@MAp。
研究人員將上述複合奈米粒子結合AFT生成AFT-PLN@MAp奈米粒子，對帶有人類肺癌之小鼠進行治療。結果發現，相較於僅使用AFT的對照組鼠，使用AFT-PLN@MAp僅造成些微的體重改變，顯示副作用被降低。更令人振奮的是，經過兩週治療，比起單獨使用AFT，使用AFT-PLN@MAp的小鼠，其肺部腫瘤尺寸和重量縮小達四倍多，顯示以PLN為載體載入AFT後加上MAp靶向分子，的確可以讓藥效集中，產生更佳的治療效果。
之後，體外觀察取出的腫瘤細胞，不出所料，他們發現癌細胞生長受到抑制，而實驗鼠身體上的其他器官則未顯示出藥物影響。AFT-PLN@MAp確實能有效定位癌細胞的位置，在累積至一定藥量之後，發揮最大的治療效能，阻止癌細胞生成與轉移。詹博士表示，截至目前為止，關於肺癌治療的研究，這個研究是第一個嘗試將標靶藥物和靶向特定抗原的奈米材料結合，去進行肺癌治療的。
當材料尺度由巨觀到微米，再縮小至奈米時，尺寸縮小卻開展出廣大而嶄新的物質特性。如果要這些奈米粒子應用到生物體內，許多不可預測的生物反應須深入探討。詹博士表示，在實驗上即使嘗試以動物模型來模擬人體環境，許多挑戰仍亟待克服，偵測大型物種（如人類）所需求的螢光偵測技術仍有改善空間，偵測設備的靈敏度和解析度也有待提升。相信未來在這兩項技術都獲得補強後，奈米螢光診斷技術很快就可以實際應用在醫學臨床上。
這個跨領域團隊的最終目標，是設計一個安全且多功能的奈米粒子平台，本次發表的實驗結果讓他們振奮，望能持續為推廣奈米醫學而努力。
本研究論文可以於線上閱讀：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201903741