第一章 緒論
1.1 癌症與光熱治療
第一章 緒論
1.1 癌症與光熱治療
癌症(cancer)是目前全球人類十大死因之首，根據統計 2008 年全世界有 1270 萬人罹患癌症並且有 760 萬人因為癌症死亡[1]。癌細胞(tumor cell)是從正常的細胞 分裂而成[2]，不良的環境因子會使正常細胞基因損傷，導致其分裂出病變的細胞，
這些不正常的細胞就稱為癌細胞，癌細胞不但缺乏正常功能還會不停分裂增生，
最終形成腫瘤組織對身體造成危害。癌症帶來的傷害很大，但是治癒卻非常困難，
因此如何有效的治療癌症是現代最重要的課題。
目前臨床上最常見的癌症治療方式有三種，包括手術摘除[3]、化學治療(chemo therapy) [4]和放射治療(radiation therapy)[5]。手術摘除腫瘤治療對第一期癌症效果 顯著，然而若是不能清楚判定腫瘤界線或者腫瘤位置在難以進行手術之處，會導
癌症熱治療(hyperthermia therapy)的概念，在 1860 年代由 William Coley 醫師 提出[8]並被應用在臨床癌症治療上。他的癌症病人在感冒高燒後，癌細胞竟然意
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外消失，於是開始研究熱能在癌症治療上的應用，經過實驗後發展出 Coley's toxins 治療法[9]，利用細菌發炎時產生的熱能進行癌症治療，然而此技術現今並未得到 美國食品衛生管理局(Food and Drug Administration, FDA)認可，所以已經不付存在。
於是科學家們開始找尋其他加熱方式，射頻(Radiofrequency)、微波(microwave)、
超音波(ultrasound)及雷射(laser)，是目前最廣泛應用的熱源。
射頻治療(radiofrequency tumor ablation, RFTA)是將治療探針伸到腫瘤組織處 並通入高頻率的交流電，利用交流電使組織中的電子快速變換方向而摩擦生熱，
然而若溫度過高會造成組織碳化降低治療效果。而微波治療(microwave ablation)時，
一樣會先將探針伸到腫瘤組織附近，利用電磁波促使腫瘤組織內的水分子產生震 盪，進而提高腫瘤組織溫度進行治療，此方法可以應用在大體積的腫瘤治療，但 是必須準確控制治療區域，否則會造成正常組織的傷害。高強度聚焦式超音波 (high-intensity focus ultrasound, HIFU)加熱治療的技術已經廣泛被應用在腫瘤上，
將超音波的焦點置於腫瘤組織處，可以使該區域的組織溫度提高殺死癌細胞，除 此之外，也可以協助進行藥物傳遞治療。雷射治療是利用紅外光照射，提高腫瘤 組織的溫度[10]，然而人體組織的光熱轉換效率不佳，於是有人加入螢光物質輔助 藉此提高光熱轉換效率[11]，但是螢光物質容易產生光分解(bleach)，所以無法應用 在臨床治療，近年來奈米金粒子(gold nanoparticles)的發展逐漸成熟，由於其光熱 轉換效率高且吸光值可以調控，使得光熱治療(photothermal therapy)成為現在最熱 門的研究主題。
光熱治療是一種低侵入性、低副作用且高效率的癌症治療技術[12]，West 和 Lin 的團隊[13, 14]在 2003 年成功的利用近紅外光加熱奈米金粒子進行治療，他們 將帶有腫瘤標靶的奈米金粒子(圖 1)，利用靜脈注射的方式送入體循環，等到奈米 金粒子累積在腫瘤組織後，再利用近紅外光照射腫瘤組織，由於奈米金粒子表面 會產生局部表面電漿共振效應(local surface plasma resonance, LSPR)使其溫度快速
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升高，藉此提升腫瘤組織的溫度，當組織溫度高於 42℃會導致細胞產生凝固性壞 死(necrosis)。2006 年 El-Sayed 的團隊[15]成功地在把光熱治療應用在小老鼠身上，
他們分別用尾靜脈注射及皮下腫瘤注射兩種方式將帶有標靶的奈米金粒子注入小 鼠體內，再利用近紅外光照射腫瘤組織，成功的讓腫瘤組織消失。奈米金粒子是 光熱治療的重要媒介，因此腫瘤組織中的奈米金粒子濃度會嚴重影響治療效果，
所以如何使奈米金粒子有效的累積在腫瘤組織，便成為重要的課題。
利用超音波對比劑(ultrasound contrast agents)當作載體[16]，將奈米金粒子包覆 在超音波對比劑中，除了可以追蹤奈米金粒子的位置，還能夠藉由超音波穴蝕效 應(ultrasound cavitation)引發的聲波幅射力(radiation force)提升奈米金粒子的釋放 效率，下一章節將針對超音波對比劑及其在治療上的應用加以介紹。
圖 1：光熱治療的作用機制。(a)首先將帶有腫瘤標記的奈米金桿(Gold nanorods, AuNR)注入血管 內，(b)等到 AuNR 在腫瘤中聚集後，(c)用近紅外光照射加熱 AuNR，使腫瘤組織溫度上升，(d) 由於溫度過高造成癌細胞產生凝固性壞死。
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