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最新黑科技:分子锤振动根除癌症细胞

作者:Ayala

最新黑科技

分子震动锤杀死癌细胞

牛财金根据《自然化学》杂志的最新报道,科学家发现了一种物理杀死癌细胞的新方法。研究人员利用近红外光刺激氨基花青分子(Aminocyanine Molecules),让它们同步振动,其振动的威力足以刺破癌细胞的细胞膜,将癌细胞瓦解。在该实验中,这种“分子振动技术”对99%的癌细胞有效。


氨基花青分子是一种常常用于生物成像的合成染料,它在水中保持稳定,并且非常容易附著在细胞外部,可以让研究人员容易看到细胞的轮廓。以前,医生常以低剂量的染料,用于检测癌细胞是否存在。


而现在,研究人员发现氨基花青分子不但可以检测癌细胞,还可以杀死癌细胞。莱斯大学(Rice University)、德州农工大学(Texas A&M University)、德州大学(University of Texas)的研究团队表示,他们将先前研发的“光驱动分子马达”(Light-driven rotary molecular motors)应用到癌症治疗上,发现高速振动的合成分子,可以破坏癌症的结构。


光分子马达是由荷兰化学家费林加(Ben Feringa)发明的,他利用特定波长的光线,成功引发奈米分子的共振,并在显微镜上显现出来。他因为这项技术,荣获 2016 年诺贝尔化学奖,这项技术也被称“费林加马达”。


莱斯大学的化学家詹姆斯图尔(James Tour)说:“这是全新一代的分子机器,我们称之为分子手锤。经过改进后,它们运动速度比以前的 费林加马达快了一百万倍以上,并且现在可以用近红外线来驱动,而不是可见光来驱动。”


改用近红外线是重要的技术突破,因为它的波长能够穿过身体,而不会像可见光那样直接被挡住。骨骼和器官中的癌症因此有可能得到治疗,而无需进行手术开刀来阻止癌症生长。


近红外光可以深入人体10厘米(约4英寸),而用来激活纳米锤的可见光穿透深度只有半厘米(约0.2英寸),这是一个巨大的进步。


在实验室培养的癌细胞进行的测试中,“分子手锤”如同癌细胞破坏机,命中率高达 99%。由于效果太好,研究人员马上利用患有黑色素瘤的小鼠进行实验,其中一半的小鼠不再出现癌症复发。


莱斯大学的化学家奥罗斯科(Ciceron Ayala-Orozco)说:“需要强调的是,我们完全了解这些分子如何发挥作用。氨基花青分子会亲近癌细胞的表面,而且结合的相当紧密,这也就是为何能对癌细胞染色的原因。当近红外线引发氨基花青分子振动的时候,高速的振动会把癌细胞膜给震碎。研究虽然还处于早期阶段,但这些初步发现,使我们觉得非常有前途。”


这是一种利用简单的生物力学技术来杀死癌细胞的方法,与药剂不同,癌细胞很难演化出其他方式来对抗。

分子锤是如何杀死癌细胞的?

分子锤的工作原理图

图1. 分子锤的工作原理图

分子锤的工作原理

a. 蓝色的分子锤附着在癌症细胞的脂质双层衬里上。当受到近红外光的刺激时,它会强烈振动,导致细胞膜撕裂。

b. DAPI进入并染色膜的细胞核, 破坏了A375黑色素瘤细胞。比例尺=25µm。(图片由Ciceron Ayala Orozco/莱斯大学提供)


DAPI是一种能够与DNA强力结合的荧光染料,常用于荧光显微镜观测。DAPI可以透过完整的细胞膜,它可以用于活细胞和固定细胞的染色。


莱斯大学、得克萨斯农工大学和得克萨斯大学的研究小组表示,新方法比之前开发的另一种致癌分子机器Feringa-型马达有了显著改进,这种分子震动锤也可以破坏有问题细胞的结构。


氨基花青分子的结构和化学性质意味着它们与适当的刺激(如近红外光)保持同步。当运动时,分子内部的电子形成了所谓的等离子体,它们共同振动,驱动整个分子的运动。

分子等离子体具有近乎对称的结构,在一侧有一个臂,臂对等离子体运动没有贡献,但它帮助将分子连接到癌症细胞膜上,同时振动的运动将它们分开。


分子锤的结构


图2. 分子锤的结构


这是**次以这种方式利用分子等离子体激元来激发整个分子,并实际产生用于实现特定目标的机械作用,在这种情况下,可以撕裂癌症细胞的膜。


这项研究仍处于早期阶段,研究人员正在研究可以类似使用的其他类型的分子


这项研究已发表在《自然化学》杂志上。Ayala Orozco是莱斯大学Tour实验室的研究科学家,也是这项研究的主要作者。


来源:最新黑科技:分子震动锤杀死癌细胞


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