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2024-04-28 20:40

研究表明,“分子手提钻”可以破坏黑色素瘤细胞膜

Molecular jackhammers' 'good vibrations' eradicate cancer cells

由于莱斯大学的科学家和合作者最近的一项发现,海滩男孩的标志性热门单曲《Good Vibrations》被赋予了全新的意义。他们发现了一种摧毁癌细胞的方法,这种方法是利用一些分子在光的刺激下产生强烈振动的能力。

研究人员发现,在近红外光的刺激下,一种用于医学成像的小染料分子的原子可以均匀地振动,形成所谓的等离子体,导致癌细胞的细胞膜破裂。根据发表在《自然化学》上的研究,这种方法对实验室培养的人类黑色素瘤细胞有99%的效率,一半患有黑色素瘤的小鼠在治疗后没有癌症。

赖斯大学的化学家詹姆斯·图尔说:“这是全新一代的分子机器,我们称之为分子风钻。”他的实验室以前曾使用纳米级化合物,赋予光激活的桨状原子链,这些原子链沿着同一方向不断旋转,以钻穿感染性细菌、癌细胞和耐药真菌的外膜。

与基于诺贝尔奖得主伯纳德·费林加分子马达的纳米级钻头不同,分子手提钻采用了一种完全不同的、前所未有的作用机制。

图尔说:“它们的机械运动速度比以前的费林加型发动机快100多万倍,而且它们可以用近红外光而不是可见光激活。”

Molecular jackhammers' 'good vibrations' eradicate cancer cells

近红外光可以比可见光更深入地穿透人体,在不损伤组织的情况下进入器官或骨骼。

“近红外光可以深入人体10厘米(~ 4英寸),而可见光的穿透深度只有半厘米(~ 0.2英寸),我们用它来激活纳米钻头,”图尔说,他是莱斯大学化学教授、材料科学和纳米工程教授。“这是一个巨大的进步。”

这些“风钻”是氨基菁分子,一种用于医学成像的荧光合成染料。

“这些分子是简单的染料,人们已经使用了很长时间,”该研究的主要作者、莱斯大学的科学家西塞隆·阿亚拉-奥罗斯科(Ciceron Ayala-Orozco)说。“它们具有生物相容性,在水中稳定,并且非常善于附着在细胞的脂肪外层。但即使它们被用于成像,人们也不知道如何将它们作为等离子体激活。”

阿亚拉-奥罗斯科最初是在莱斯大学的娜奥米·哈拉斯领导的研究小组里当博士生时研究等离子体激元的。

Molecular jackhammers' 'good vibrations' eradicate cancer cells

阿亚拉-奥罗斯科说:“由于它们的结构和化学性质,这些分子的核在受到适当刺激时可以同步振荡。”“我看到有必要利用等离子体的特性作为一种治疗方式,并对图尔博士处理癌细胞的机械方法感兴趣。我基本上把这些点连起来了。

“我们发现的分子等离子体具有近乎对称的结构,一侧有一个臂。手臂对等离子体运动没有贡献,但它有助于将分子固定在细胞膜的脂质双分子层上。”

研究人员必须证明,这些分子的作用方式既不能归类为光动力疗法,也不能归类为光热疗法。

“需要强调的是,我们已经发现了这些分子如何工作的另一种解释,”阿亚拉-奥罗斯科说。“这是第一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,撕裂癌细胞的膜。这项研究是关于在分子尺度上利用机械力治疗癌症的一种不同方法。”

德克萨斯A&M大学的研究人员在量子化学家和化学工程教授Jorge Seminario的带领下,对与井喷效应有关的分子特征进行了随时间的密度泛函数理论分析。这项癌症研究是在德克萨斯大学MD安德森癌症中心进行的,研究人员与头颈外科教授兼主任、外科转化研究主任杰弗里·迈尔斯博士合作进行的。